Bevezetés
A termikus analizátorokkal, például a termogravimetriával (TGA) vagy a szimultán termikus analízissel (STA), azaz a szimultán TGA-DSC-vel összekapcsolt evolvált gázelemzés (EGA) jól bevált, mivel nagymértékben növeli a TGA vagy TGA-DSC eredmények értékét. Az érzékeny és szelektív Fourier Transfrom Infrafed (FT-IR) technika különösen hasznos a szerves molekulák, de a legtöbb bomlási folyamat során keletkező infravörös aktivitású állandó gázok elemzésére is. Az ilyen állandó gázok, mint aCO2 vagy a SO2, környezeti körülmények között gázneműek.
A termikus analizátorok és az FT-IR spektrométerek közötti összekapcsolási felületet általában fűtött adapterek és egy rugalmas, fűtött átvezető vezeték segítségével valósítják meg, ahol a fűtésre azért van szükség, hogy elkerüljék a fejlődő gázok kondenzációját az FT-IR műszerhez vezető úton. Bár integrált szoftveres megoldások is rendelkezésre állnak, a termikus és a gázelemző készülékeket fizikailag még mindig elkülönítik egymástól. Az átvezető vezetéken átvezető út továbbá késleltetést okoz a felszabaduló gázok kibocsátása és kimutatása között, és bizonyos esetekben kondenzáció vagy kölcsönhatás lép fel.
E munka során egy STA műszer és egy FT-IR spektrométer új, közvetlen, átvezető vezeték nélküli Perseus összekapcsolását alkalmazták [1]. Egy nagyon small FT-IR spektrométert közvetlenül az STA kemence tetejére szereltek, ami egy kompakt és teljesen integrált STA-FT-IR kapcsolórendszert eredményez, amelyet Perseus STA 449-nek neveznek (lásd az 1. ábrát). A Perseus a NETZSCH kapcsolórendszerek családjának új tagja, amint azt a 2. ábra szemlélteti.
Az STA-kemencéhez (lásd a 3. ábrát), valamint az FT-IR-spektrométer gázcellájához vezető rövid interfész fűtött, hogy a kondenzáció veszélye minimálisra csökkenjen. Továbbá nincs szükség folyékony nitrogénre, mivel a DLaTGS típusú FT-IR detektor szobahőmérsékleten működik.
Az alapműszer NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® lehetővé teszi a nagy felbontású TGA és DSC vagy DTA egyidejű mérését széles hőmérséklet-tartományban, -150°C és 2400°C között, a használt kemencétől és mintahordozótól függően.
Kísérleti
A 11,54 mg kezdeti mintatömegű PTFE/grafit vegyületet 10 K/perc fűtési sebességgel, lyukacsos fedelű Pt-tégelyekben mértük. A gázatmoszférát (áramlási sebesség 70 ml/perc) 870 °C-on tiszta argonról szintetikus levegőre váltottuk. Egy S típusú TGA-DSC mintahordozót és egy ródiumkemencét alkalmaztunk. A TGA-DSC eredményeket bázisvonal-korrigálták (az üresen futó jeleket kivonták), az FT-IR felvételeket pedig 4 cm-1 felbontással végezték, és egy FT-IR spektrumhoz 16 felvétel átlagolását végezték, ahol egy felvétel kb. 1 s-ig tartott.
Eredmények és vita
A Perseus csatolás számos alkalmazásban jól alkalmazható [1]. Példaként a fent említett PTFE/grafit vegyületre - amely például kenőanyagként alkalmazható - vonatkozó eredményeket mutatjuk be [2]: a 4. ábra a TGA-DSC eredményeket a Gram-Schmidt-görbével együtt ábrázolja. A Gram-Schmidt-görbe a teljes detektált IR-abszorpció intenzitásváltozását ábrázolja. A DSC-jel kb. 349 °C-nál (csúcshőmérséklet) endoterm hatásról árulkodik, amely a PTFE-tartalom Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadásának köszönhető. Körülbelül 480°C és 620°C között 97,4%-os tömegvesztés lép fel, amely endoterm DSC-hatással és a Gram-Schmidt-jel csúcsával együtt jelentkezik. Ebben a tartományban a PTFE-tartalom pirolitikus bomlása következik be. 870°C-on a gáz atmoszférája inertről oxidatívra váltott, ami a grafittartalom kb. 2,1%-os exoterm égéséhez vezet. A kb. 0,6%-os maradék tömeg valószínűleg kerámia töltőanyagnak köszönhető.
Az 5. ábrán bemutatott "3-D kocka" az IR-abszorpciót mutatja a hullámszám és a hőmérséklet függvényében, a TGA-görbével együtt. Az első tömegvesztési lépés során elsősorban a tetrafluor-etilén, C2F4 jól ismert abszorpciós sávjai azonosíthatók az 1100 cm-1 és 1400 cm-1 közötti tartományban (valamint HF nyomai a 4000 cm-1 és 4200 cm-1 közötti tartományban). A második tömegvesztési lépés során észlelt sávok, elsősorban a 2200 cm-1 és 2400 cm-1 közötti tartományban, az égés során keletkezőCO2-nak tulajdoníthatók. Végül a 6. ábra a C2F4 és aCO2 jellegzetes integrációs nyomvonalait mutatja a hőmérséklet függvényében, ami ismét kiváló korrelációt mutat a tömegvesztési lépések és a fejlődő gázok között.
Következtetés
A bemutatott alkalmazási példa azt mutatja, hogy a Perseus lehetővé teszi a TGA és a DSC egyidejű rögzítését, és ezzel egyidejűleg a keletkező gázok FT-IR segítségével történő kimutatását. A teljes STA-FT-IR eredmények lehetővé teszik az egyes mintakomponensek mennyiségi meghatározását és azonosítását, mivel a kezdetben nem azonosított gázok gyakran adatbázis-kereséssel azonosíthatók [1]. Nagyon jó korrelációt mutattak ki a detektált tömegveszteség lépései és a keletkezett gázok között, ami a közvetlen csatolási felület előnye. Mindent egybevetve az új Perseus STA 449 F1 /F3 egy nagy teljesítményű, közvetlen, átvezető vezeték nélküli STA-FT-IR csatoló, amely különösen a kompaktságával tűnik ki.