Hidrogén-peroxid
A tiszta hidrogén-peroxid (H2O2) halványkék folyadék, amely bármilyen arányban keverhető vízzel. Alacsony százalékos vizes oldatait erős oxidáló tulajdonságaik miatt széles körben használják fehérítőszerként. A fa, a papír vagy a haj fehérítése mellett a hidrogén-peroxid-oldatokat oxidálószerként vagy az orvosi alkalmazásban fertőtlenítőszerként is használják. A hidrogén-peroxid vízre és oxigénre bomlási hajlama (lásd az alábbi 1. egyenletet) az oka annak, hogy folyékony hajtóanyagként alkalmazzák rakétahajtóművekben.
(1. egyenlet)
Többmodulos kaloriméter (MMC)
A NETZSCH Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).többmodulos kaloriméterTöbbmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (1. ábra) három különböző mérési modult kínál [1]. A Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® modul a termikus veszélyek vizsgálatára használható; a Coin-Cell modul az akkumulátorok vizsgálatára specializálódott; a Scanning modul pedig egyetlen fűtési menet kalorikus adatainak kiértékelésére használható. A széles körben használt és jól ismert differenciál pásztázó kalorimetriás (DSC) technikával ellentétben az Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC pásztázó modulja legfeljebb 2 ml térfogatú minták kezelésére alkalmas. A minták fűtésére két lehetőség áll rendelkezésre: vagy állandó fűtési sebesség, vagy állandó teljesítményszint. A mintához adott teljesítményre és a fűtési sebességre vonatkozó információk felhasználásával egy hőáramlási jel számítható ki. Az olyan fémek, mint az indium, az ón és a bizmut használatával a készülék hőmérséklete és érzékenysége is meghatározható. Az Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC esetében a tipikus mintatömegek 1000-9000 mg (a minta térfogata kb. 1 ml) jelentősen nagyobbak, mint a DSC-nél használt mintatömegek, amelyek jellemzően 5-10 mg közöttiek. Ennek ellenére az Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC pásztázó moduljának becsült bizonytalansága a hőmérséklet-meghatározásoknál körülbelül 1%, az entalpia-meghatározásoknál pedig kevesebb, mint 5%.
Ez a munka a hidrogén-peroxid (35%) termikus bomlási viselkedését vizsgálja két Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC®), a ARC®-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC-modul, a pásztázó modul (lásd a 2. ábrát) és a Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® modul (lásd a 3. ábrát) alkalmazásával. Egy külső fűtőberendezésen keresztül, amely közvetlenül körülveszi a mintaedényt (4. ábra), a pásztázó modul állandó teljesítményt tud biztosítani a mintának.
Mérési feltételek
A mérési feltételeket az 1. táblázat foglalja össze. A hidrogén-peroxidot (Sigma Aldrich) vizes oldatként (35%) kaptuk, és szobahőmérsékleten tároltuk.
Táblázat: Mérési feltételek
H2O2,H2Oés üres edény viselkedésének összehasonlítása
Az 5. ábrán látható eredmények kizárólag a minta felmelegedését mutatják be. Mivel a hidrogén-peroxid Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakciója nem reverzibilis, a keletkezett oxigén nem kerül újra felvételre, hogy a hűtés során a kiindulási hidrogén-peroxidot képezze. Ehelyett a képződött víz- és oxigéntermékek folyadékként, illetve gázként hűlnek le a környezeti hőmérsékletre. A nyomásjel 40°C-on 17,7 bar-t mutat, ami a Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás során keletkező oxigén mennyiségét tükrözi (6. ábra). Ha helyette ugyanezt a vízmennyiséget vesszük, a nyomás a melegítés során szintén megnő, de mivel a víz kémiailag változatlan marad, a hűtés során az összes vízgőz ismét kicsapódik. Ezért a szaggatott kék vonal, amely a víz hűtés közbeni nyomásjelét jelzi, a fűtéssel szinte azonos értékeket mutat (folytonos vonalak). Csak az összehasonlítás kedvéért a zöld vonalak a nyomásjel alakulását mutatják a fűtés és a hűtés során egy üres edény esetében.
A szkennelési modul előnyei
Ezek az Többmodulos kaloriméter (MMC)Több üzemmódú kaloriméter készülék, amely egy alapegységből és cserélhető modulokból áll. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC), a ARC-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik és negyedik pedig az akkumulátorok és polimerek, érmecellák farmakológiai vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC Scanning Module által kapott eredmények egyértelműen bizonyítják, hogy a fűtési sebesség diszkontinuitása a nyomásnövekedéssel együtt kiválóan jelzi a Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakciók vagy exoterm reakciók veszélyességi potenciálját. Még egy small teljesítményszint, mint például 250 mW, ami egy hasonlóan small kb. 1 K/perc fűtési sebességet eredményez, a fűtés ehhez a példaértékű méréshez kevesebb mint 4 órát vesz igénybe. Ezért az MMC pásztázó modul jól használható szűrőeszközként. Olyan esetekben, amikor nyomás- és/vagy hőmérsékletnövekedést észlelünk, a következő lépés az AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus vizsgálat kell, hogy legyen.
Gyorsuló sebességű kalorimetria
A speciális kaloriméterek lehetővé teszik a minták vizsgálatát a gyorsított sebességű kalorimetria módszerével összhangban (Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC®). A Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® típusú berendezés AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus mintakörnyezetet biztosít annak érdekében, hogy ne legyen hőcsere, és még a legkisebb önmelegedési reakciókat is fel lehessen fedezni. A tipikus mérési módot heatwait-search-nek (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search a kalorimetriás készülékekben alkalmazott mérési mód a gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC®) szerint.HWS) nevezik. A fűtés, a kiegyenlítés és a legkisebb önindukált hőmérséklet-változás észlelésének sorozata egy kvázi-IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus megközelítés, amelyet a bomlási reakció kezdeti hőmérsékletének meghatározására használnak. A 7. ábra a Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search a kalorimetriás készülékekben alkalmazott mérési mód a gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC®) szerint.heat-wait-search honlapot ábrázoló diagramot mutatja.
Az MMC Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® modul felépítésének keresztmetszete a 3. ábrán látható. Ha a 0,02 K/perc önmelegedési sebességet túllépik a detektálási időszak alatt (keresés), a mérés a Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search a kalorimetriás készülékekben alkalmazott mérési mód a gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC®) szerint.heat-wait-search üzemmódról AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus üzemmódra vált. Ez azt jelenti, hogy a környező fűtőtestek (felül, oldalt és alul) már nem a fent említett sorrendet követik, hanem a minta hőmérsékletét követik. Ebben az "AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus" üzemmódban nincs hőmérséklet-különbség és így nincs hőcsere a minta és a kaloriméter környezete között.
H2O2 a ARC® modulban
A 8. ábra a hidrogén-peroxid (35%) Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlásának eredményeit mutatja be, amelyet az MMC Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® moduljával vizsgáltak a Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search a kalorimetriás készülékekben alkalmazott mérési mód a gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC®) szerint.heat-wait-search üzemmódban. A fokozatos fűtés során a hőmérséklet-emelkedés 10 K volt, és a várakozási szakasz alatt a rendszert 30 percig hagytuk stabilizálódni. A válasz arra a kérdésre, hogy a 10 perces keresési szakasz alatt észlelhető-e exoterm esemény vagy sem, az exoterm küszöbtől függ. 40°C és 70°C között a keresési időszak alatti önmelegedés kevesebb volt, mint 0,02 K/perc, és a hő-várakozás-keresési szekvencia folytatódott. 80°C-on az észlelt önmelegedés meghaladta ezt a küszöbértéket, és a kaloriméter így AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus üzemmódra váltott. A hőmérséklet-emelkedés (ΔTobs) 41,5 K volt. A termikus tehetetlenséget [1] figyelembe véve az Adiabatikus hőmérséklet-emelkedésAz adiabatikus hőmérséklet-emelkedés (delta Tad) az önmelegedő bomlási reakció megfigyelt hőmérséklet-emelkedése (delta Tobs) adiabatikus körülmények között, a PHI-tényező figyelembevételével.adiabatikus hőmérséklet-emelkedés 94,9 K (ΔTad) volt. A különbség az úgynevezett PHI-faktorA PHI-tényező (Φ) egyenértékű a termikus tehetetlenséggel. Mindkettő a minta vagy mintakeverék tömegének és fajlagos hőkapacitásának arányát írja le az edény vagy mintatartály tömegéhez vagy fajlagos hőkapacitásához képest. PHI-tényezőn alapul, amelyet elsősorban a tartály fajlagos hőkapacitással szorzott tömegének és a minta fajlagos hőkapacitással szorzott tömegének hányadosa ad. A Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás során a minta önmelegedése által okozott hőmérsékletnövekedés mellett a nyomásnövekedés is számszerűsíthető. Az AdiabatikusAz adiabatikus olyan rendszert vagy mérési módot ír le, amelyben nincs hőcsere a környezettel. Ez az üzemmód a gyorsuló sebességű kalorimetria módszerének (ARC®) megfelelő kalorimetriás készülékkel valósítható meg. Egy ilyen készülék fő célja a forgatókönyvek és a termikus elszabaduló reakciók tanulmányozása. Az adiabatikus üzemmód rövid leírása a következő: "nincs hő befelé - nincs hő kifelé".adiabatikus szakasz végén a nyomásnövekedés több mint 20 bar volt.
Következtetés
A 35%-os vizes hidrogén-peroxid-oldat bomlási viselkedését vizsgálták az MMC pásztázó moduljával, valamint a Gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC)Az izotermikus és adiabatikus vizsgálati eljárásokat leíró módszer, amelyet a termikusan exoterm bomlási reakciók kimutatására használnak.ARC® modullal. Mivel a Scanning modul vagy állandó teljesítményszinttel (mint itt), vagy állandó fűtési sebességgel működik, ezek a kísérletek sokkal kevésbé időigényesek, mint a Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search a kalorimetriás készülékekben alkalmazott mérési mód a gyorsuló sebességű kalorimetria (ARC) szerint.heat-wait-search módszerrel végzett kísérletek. Ezért a Scanning Module kiváló szűrőeszköz ismeretlen minták önbomlás vagy veszélyes potenciál szempontjából történő vizsgálatára. Abban az esetben, ha egy vizsgált minta a pásztázó futtatás során nem egyenletes hőmérsékleti viselkedést mutat, vagy ha a nyomásnövekedés Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakciót jelez, a minták további vizsgálatát a ARC® típusú berendezéssel kell elvégezni. Az olyan értékek, mint a nyomásnövekedés, valamint a megfigyelt és az Adiabatikus hőmérséklet-emelkedésAz adiabatikus hőmérséklet-emelkedés (delta Tad) az önmelegedő bomlási reakció megfigyelt hőmérséklet-emelkedése (delta Tobs) adiabatikus körülmények között, a PHI-tényező figyelembevételével.adiabatikus hőmérséklet-emelkedés rendkívül fontosak a vegyi anyagok veszélyességi potenciáljának értékelésében, és könnyen megkaphatók a NETZSCH MMC 274 Nexus® többmodulos kaloriméterrel.