소개
열 분석 분야는 물리적, 화학적 특성 또는 온도에 따른 물성 변화를 분석하는 방법으로 구성됩니다. 열 중량 측정은 예를 들어 반응 및 분해 가스의 방출과 같은 질량 변화를 정량화할 수 있습니다. 이러한 가스를 가스 측정 셀로 옮기면 방출된 가스의 양이온 식별도 가능해집니다. 소위 TGA-FT-IR 커플 링은 분석법과 분광 분석법의 검증된 조합입니다.
기존 STA 449 F1 Jupiter® (그림 1)에 새롭게 추가된 고속 퍼니스(그림 2의 단면도)는 최대 1000 K/min의 가열 속도로 작동할 수 있습니다(-150°C~2400°C의 온도 범위를 포괄하는 가장 다양한 응용 분야를 위한 퍼니스 시스템이 현재 제공되고 있습니다).
이 애플리케이션 노트에서는 열무게 측정 및 분광 측정 결과에 대한 가열 속도 및 관련 방출 속도의 영향에 대해 설명합니다.
결과
a) 폴리프로필렌 PP
열분석 실험 중 가열 속도를 변화시키면 가열 속도가 증가함에 따라 감지된 효과가 더 높은 온도로 이동합니다(그림 3). 이는 잘 알려진 현상이며 동역학 평가에 사용할 수 있습니다. 방출 온도가 증가함에 따라 방출 속도도 현저하게 증가합니다(그림 4). 따라서 일정한 운반 기체 흐름에서 분석할 시료 기체의 농도도 상승하여 시료 기체를 쉽게 감지하고 식별할 수 있습니다. 그러나 질량 손실 단계는 가열 속도에 의존하지 않습니다.
b) CaCO3
프로필렌 열분해에 대해 논의한 일정한 단계 높이에서의 가열 속도와 분해 온도 사이의 관계는 탄산칼슘이 산화칼슘과 이산화탄소로 열분해되는 과정에서도 볼 수 있습니다(그림 5 및 6).
그림 7은 가열 속도가 증가함에 따라 증가할 것으로 예상되는 해당 그램-슈미트 트레이스의 흡수 강도를 보여줍니다. 여기서 주목해야 할 점은 빠른 가열 속도로 인해 방출된 샘플 가스가 IR 가스 측정 셀로 이동하는 것이 거의 지연되지 않는다는 것입니다. 이는 그림 8의 최대 방출 속도(DTA)와 최대 IR 강도(GS)를 비교하면 알 수 있습니다.
c) CaC2O4 x H2O와SiO2 혼합물
검출 한계를 조사하기 위해 옥살산칼슘 일수화물(CaC2O4 x H2O)과 석영 모래(SiO2)의 혼합물을 준비했습니다. 선택한 혼합 비율은 1:10으로, 예상되는 수분 방출량이 시료 질량의 약 1%에 해당하도록 했습니다. 이 혼합물에서 약 1%의 물의 열 방출은 20K/min의 가열 속도에서는 감지할 수 없었지만, 200K/min의 가열 속도를 사용하면 명확하게 감지할 수 있었습니다(그림 9~11).
요약
최대 500 K/min의 빠른 가열 속도를 통해 시료에서 기체 생성물의 방출 속도를 상당히 높일 수 있습니다. 따라서 캐리어 가스에 비해 농도도 증가하여 TGA-FT-IR 커플 링의 검출 한계가 크게 향상됩니다.