Pendahuluan
Keberadaan oksigen sisa merupakan masalah yang terkenal dalam analisis termal (lihat terminologi yang diberikan dalam DIN 51 005). Ketika sampel akan diselidiki dalam kondisi gas inert menggunakan misalnya, nitrogen, argon atau helium sebagai gas pembersih, keberadaan oksigen sisa sangat menentukan dalam banyak kasus karena kemungkinan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi sampel akan menyebabkan hasil yang tidak diinginkan dan interpretasi yang salah.
Sampel logam yang teroksidasi di permukaan menunjukkan sinyal DSC EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik serta peningkatan massa sampel. OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.Oksidasi juga dapat menyebabkan pergeseran suhu transformasi fasa. Polimer atau komposit yang mengandung bahan organik akan terbakar sebagian dengan adanya sisa oksigen yang akan memalsukan hasil pengukuran selama dekomposisi pirolitik nominal.
Oksigen sisa dalam penganalisis termal biasanya diminimalkan dengan mengevakuasi, menimbun, dan membersihkan peralatan dengan gas inert yang sangat murni. Proses ini harus diulang beberapa kali untuk meminimalkan konsentrasi oksigen. Prasyarat yang paling penting untuk konsentrasi oksigen serendah mungkin, tentu saja, adalah instrumen yang kedap vakum. Dengan demikian, konsentrasi oksigen sisa bergantung pada kekedapan vakum penganalisis termal, saluran gas, dan sambungan gas, serta kemurnian gas pembersih inert. Pembersihan tambahan gas pembersih di luar instrumen dapat membantu tetapi biasanya tidak memberikan hasil yang sepenuhnya memuaskan.
Sistem OTS®
Sistem OTS® memungkinkan pengurangan konsentrasi oksigen in-situ tambahan yang efisien di lokasi sampel. Gambar 1 menunjukkan sistem OTS® yang dipasang pada penganalisis termal simultan (STA = TGA + DSC): Di bawah sampel dan wadah referensi dan dengan demikian di zona panas instrumen adalah bahan pengambil yang sangat tahan suhu yang menyerap sisa oksigen pada suhu yang cukup tinggi. Bahan pengambil diposisikan oleh penyangga pengambil keramik, yang juga sangat tahan suhu dan tidak bereaksi dengan bahan pengambil. Kedua bagian, bahan pengambil dan penyangga pengambil keramik, ditempatkan pada pelindung radiasi pembawa sampel TGA-DSC.
Simetri rotasi memastikan bahwa sistem OTS® tidak bersentuhan langsung dengan pembawa sampel. Dan karena desain celah dari bahan pengambil dan penyangga pengambil keramik, sistem OTS® dapat dengan mudah dipasang atau dilepas. Gas pembersih inert yang mengalir ke atas pertama-tama bersentuhan dengan bahan pengambil dan kemudian dengan sampel. Oleh karena itu, sisa oksigen yang ada dalam gas pembersih sepenuhnya diserap oleh bahan pengambil dan dengan demikian tidak dapat mencapai sampel.
Hasil dan Pembahasan
Dua pengukuran TGA pada zirkonium dibandingkan pada gambar 2; satu dengan sistem OTS® dan satu lagi tanpa sistem. Kedua pengukuran dilakukan dalam atmosfer helium dinamis dengan kemurnian nominal 99,996%. Sampel disimpan secara IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal pada suhu 1000°C selama sekitar 2 jam. Tanpa sistem OTS®, massa sampel meningkat dengan kecepatan konstan, akhirnya mencapai 0,33 mg. Pertambahan massa yang mencerminkan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi sampel ini dapat dihindari dengan sistem OTS®: Massa sampel tetap hampir konstan. Dari hasil ini, dapat diperkirakan bahwa sistem OTS® mengurangi konsentrasi oksigen sisa di lokasi sampel hingga di bawah ~1 ppm.
Contoh lain yang menunjukkan manfaat sistem OTS® ditunjukkan pada gambar 3. Dua sampel nikel diselidiki dengan menggunakan penganalisis termal simultan. Gas pembersih argon dengan kemurnian 99,996% digunakan dalam kedua kasus. Titik leleh literatur nikel sebesar 1455°C sering digunakan untuk termometri pada suhu tinggi. Akan tetapi, nikel sangat sensitif terhadap OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi yang dapat menyebabkan penurunan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh yang tidak terdefinisi dan dengan demikian menyebabkan termometri yang salah. Hal ini dapat dilihat pada pengukuran tanpa sistem OTS®: Sampel teroksidasi, menghasilkan peningkatan kurva TGA karena penambahan massa. Puncak leleh DSC sudah terjadi pada 1443°C yang lebih rendah 12°C dari nilai literatur. Entalpi leleh 275 J/g juga jauh lebih rendah dari nilai literatur sekitar 300 J/g. Hasil yang benar, sesuai dengan nilai literatur, diperoleh dengan sistem OTS®: Puncak peleburan DSC terdeteksi pada 1455°C dan entalpi peleburan adalah 290 J/g.
Karena sistem OTS®, sampel tidak teroksidasi secara signifikan. Hal ini dapat dilihat melalui kurva TGA horizontal, yang berarti bahwa massa sampel konstan selama percobaan. Terakhir, digambarkan pada gambar 4 adalah dua pengukuran TGA-MS pada dua grafit yang sekali lagi dilakukan dalam gas pembersih argon dengan kemurnian 99,996%. Sedikit kehilangan massa di bawah ~600°C kemungkinan besar disebabkan oleh hidrokarbon yang mudah menguap, sedangkan kehilangan massa pada suhu yang lebih tinggi yang diamati tanpa sistem OTS® mencerminkan pembakaran parsial grafit karena sisa oksigen (garis putus-putus): Spektrometer massa mendeteksi peningkatan sinyal dengan nomor massa 44 yang disebabkan oleh evolusiCO2; penurunan sinyal secara bertahap dengan nomor massa 32 mencerminkan konsumsi oksigen sisa yang sesuai. Dengan sistem OTS®, massa sampel praktis tetap konstan di atas ~600°C yang berarti bahwa sampel tidak menunjukkan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi lebih lanjut (garis padat). Juga tidak ada perkembanganCO2 yang terdeteksi pada kisaran suhu tersebut. Dari sinyal oksigen (nomor massa 32), juga dapat disimpulkan bahwa sistem OTS® mulai menyerap sisa oksigen di atas ~300°C dan mengurangi konsentrasi oksigen hingga minimum di atas ~500°C.
Kesimpulan
Sistem perangkap oksigen OTS® dapat digunakan dengan berbagai penganalisis termal (DSC, TGA, STA, DIL). Sistem ini menghilangkan jejak sisa oksigen dalam atmosfer gas di dalam instrumen hingga konsentrasi di bawah 1 ppm.