Pendahuluan
Perlakuan termal terhadap bahan yang berbeda dapat menyebabkan pelepasan amonia, yang memiliki bau yang agresif dan dapat menyerang sistem bronkial. Pelepasan amonia dapat disebabkan oleh berbagai proses yang berbeda. Mulai dari Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian termal garam hingga asap dari pembakaran tembakau, dan dari PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis polimer seperti poliamida (PA) dan pembuatan busa plastik yang membutuhkan zat peniup. Produk yang umum dikenal dari kategori yang terakhir ini adalah matras yoga. Pelepasan amonia dapat menghasilkan debu halus dengan bereaksi dengan asam sulfat dan asam nitrat ketika garam telah terbentuk. Di lingkungan, pelepasan amonia dapat menyebabkan pengasaman tanah. Salah satu sumber utama amonia di lingkungan adalah pertanian, terutama pemupukan dengan pupuk mineral yang mengandung kotoran dan nitrogen.
Karena alasan ini, kuantifikasi amonia yang dilepaskan menjadi penting dalam banyak aplikasi. Pelepasan amonia yang bergantung pada suhu dapat dengan mudah dideteksi melalui kopling TGA-FT-IR. Untuk mengukur bagian amonia yang dilepaskan, diperlukan kurva kalibrasi dengan konsentrasi amonia yang diketahui. Senyawa yang cocok untuk ini adalah amonium bikarbonat, karena senyawa ini melepaskan amonia dalam rasio stoikiometri selain pelepasan air dan karbon dioksida; lihat persamaan (1). Hanya senyawa gas yang dihasilkan:
(1) NH4HCO3->NH3 + H2O+ CO2
Cara Membuat Kurva Kalibrasi
A NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® digunakan untuk melakukan penelitian ini. Pemanasan amonium bikarbonat menghasilkan dekomposisi sempurna pada suhu 200°C, dengan puncak laju kehilangan massa pada suhu 127°C (berdasarkan kondisi pengukuran pada tabel 1).
Tabel 1: Kondisi pengukuran untuk menghasilkan kurva kalibrasi
| Parameter | NH4HCO3 | |||
| Program suhu | RT - 200°C, 5 K/menit | |||
| Laju aliran | 40 ml / menit | |||
| Tempat sampel | Pembawa sampel standar | |||
| Atmosfer gas | Nitrogen | |||
| Wadah | Al2O3 (85 μl) terbuka | |||
| Massa sampel | 5.31 mg | 10.16 mg | 15.01 mg | 20.50 mg |
Sehubungan dengan kehilangan massa, pelepasan gas aktif IR terdeteksi; lihat gambar 1.
Gambar 2 menunjukkan spektrum FT-IR yang diukur pada suhu 130°C (hijau) yang berkorelasi dengan spektrum pustaka amonia (zaitun), air (biru) dan karbon dioksida (merah). Pelepasan senyawa-senyawa ini yang bergantung pada suhu diplot sebagai jejak pada gambar 1. Jejak ini dibuat dengan mengintegrasikan daerah berwarna (lihat gambar 2) dari spektrum FT-IR untuk setiap senyawa pada seluruh rentang suhu. Daerah-daerah spektrum FT-IR ini terpisah untuk NH3 (898 cm-1 - 981 cm-1),CO2 (2200 cm-1 - 2450 cm-1) danH2O(3793 cm-1 - 4001 cm-1) dan tidak ada tumpang tindih dengan daerah-daerah dari senyawa lain.
Tabel 2 menunjukkan jumlah gas yang dihitung secara stoikiometri yang dilepaskan dalam kaitannya dengan massa sampel amonium bikarbonat.
Akibatnya, area di bawah jejak NH3,CO2 danH2Opada gambar 1 dapat dihubungkan dengan jumlah gas yang dilepaskan; bandingkan dengan persamaan (1). Hal ini mengarah pada kurva kalibrasi untuk NH3,CO2 danH2Odi mana area yang terdeteksi di bawah jejak berhubungan dengan jumlah gas yang dilepaskan; lihat gambar 3. Karena FT-IR hanya memiliki rentang linier small, hal ini menghasilkan persamaan polinomial untuk ketiga molekul gas dengan koefisien determinasi (R2) yang sangat dekat dengan 1. Pada penelitian ini, setiap massa sampel hanya diukur satu kali. Pengukuran berulang atau lebih banyak titik data akan menghasilkan akurasi yang lebih tinggi pada garis tren.
Tabel 2: Massa sampel dan jumlah stoikiometri yang dihasilkan dari gas yang berevolusi
| m (NH4HCO3) [mg] | m (CO2) [mg] | m (NH3) [mg] | m (H2O) [mg] |
| 5.31 | 2.96 | 1.14 | 1.21 |
| 10.16 | 5.66 | 2.19 | 2.31 |
| 15.01 | 8.36 | 3.23 | 3.42 |
| 20.50 | 11.42 | 4.41 | 4.67 |
Cara Menguji Keakuratan Kurva Kalibrasi
Keakuratan kurva kalibrasi diperiksa dengan pengukuran lain pada NH4HCO3 dengan massa sampel yang ditentukan sebesar 15,22 mg. Jumlah teoritis NH3,CO2 danH2Odibandingkan dengan nilai NH3,CO2 danH2Oyang dihitung menggunakan kurva kalibrasi. Hal ini menghasilkan nilai kesalahan antara 0,8% untuk NH3 dan 4,9% untukH2O; lihat tabel 3.
Mempelajari Agen Penghembus - Menerapkan Teori ke dalam Praktik
Pada langkah berikutnya, kurva kalibrasi yang diperoleh dan diverifikasi dapat digunakan untuk mengukur pelepasan gas yang tidak diketahui jumlahnya dari gas yang dikalibrasi.
Azodicarbonamide digunakan sebagai zat peniup untuk menghasilkan busa polimer (untuk strukturnya, lihat gambar 4). Bahan ini digunakan dalam pembuatan busa PVC dan busa EVA-PE, di mana ia membentuk gelembung saat terurai pada suhu pemrosesan karena melepaskan N2, CO,CO2, dan NH3. Busa vinil mudah dikompresi dan menunjukkan pemulihan yang tinggi dan cepat, sehingga sering disebut sebagai "kenyal". Busa ini juga menempel pada permukaan yang halus. Untuk alasan ini, digunakan untuk alas karpet, alas lantai, dan matras yoga.
Polimer yang menggunakan bahan peniup ini tidak boleh bersentuhan dengan air. NH3 dan air dapat membentuk NH4OHdan dapat menimbulkan korosi di sekitarnya. Untuk alasan ini, kuantifikasi amonia dari bahan peniup ini sangat menarik.
Tabel 3: Penentuan kesalahan, perbandingan jumlah teoretis dan jumlah yang dihitung
Teoretis (mg) | Dihitung (mg) | Kesalahan (%) | |
| m (NH4HCO3) | 15.22 | ||
| m (NH3) | 3.28 | 3.30 | 0.801 |
| m (CO2) | 8.48 | 8.76 | 3.28 |
| m (H2O) | 3.47 | 3.31 | 4.86 |
Sampel 5,25 mg azodicarbonamide dipanaskan hingga 400°C pada 5 K/menit dalam atmosfer nitrogen. Termogram yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 5. Secara keseluruhan, tiga langkah kehilangan massa 56,5%, 11,5% dan 29,6% diamati dengan puncak kurva DTG pada 219°C, 245°C dan 304°C. JejakCO2 dan NH3 dibuat dengan cara yang sama seperti untuk NH4HCO3 pada gambar 1 dan digambarkan dalam warna merah dan zaitun. Hal ini menunjukkan bahwaCO2 dan NH3 dilepaskan selama berbagai langkah kehilangan massa dan tidak dapat dikuantifikasi dengan langkah TGA saja. Untuk kuantifikasi senyawa ini, data dari analisis gas yang berevolusi diperlukan. Perhitungan amonia yang dilepaskan menggunakan kurva kalibrasi menghasilkan 0,22 mg NH3 (4%). Selain itu, jumlahCO2 yang dilepaskan dapat dihitung dengan cara yang sama dan menghasilkan 2,78 mg (53%). Pengetahuan ini sangat berharga untuk proses pembuatan, untuk memastikan bahwa seluruh jumlah zat peniup dilepaskan selama pembusaan. Jika small jejak tetap ada di dalam produk, suhu lebih dari 219 ° C diperlukan untuk memulai pelepasan lebih lanjut.
Kesimpulan
Kombinasi termogravimetri dan spektroskopi inframerah merupakan metode yang cocok untuk mendeteksi pelepasan gas permanen, misalnya, air, karbon dioksida, dan amonia. Tidak hanya identifikasi, tetapi juga kuantifikasi yang dapat menarik di sini. Untuk itu, kurva kalibrasi harus dibuat dengan bahan yang diketahui. Dalam contoh ini, amonium bikarbonat secara sempurna memenuhi persyaratan ini. Kurva kalibrasi dapat dibuat secara simultan untukH2O,CO2 dan NH3 dengan menguraikan tiga bagian NH4HCO3 yang berbeda. Penyimpangan yang diharapkan ditentukan oleh pengukuran kelima. Dengan persiapan ini, dimungkinkan untuk mengidentifikasi dan mengukur jumlah NH3 danCO2 yang tidak diketahui dari zat peniup azodikarbonamida yang digunakan untuk busa polimer.