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TGA-GC-MS 소나무/변재에 대한 측정

소개

오늘날 바이오매스는 기존 에너지원의 대안으로 점점 더 자주 사용되고 있습니다. 주요 이점은 "CO2 중립성"입니다. 목재는 가장 중요한 재생 가능한 원료에 속합니다. 목재의 주성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌입니다.

TG 209 F1 Libra 열 중량 분석기, GC-MS 커플링 포함, 고급 재료 분석 및 테스트를 위해 설계되었습니다.
1) TG 209 F1 Libra® GC-MS 커플링 포함

표 1: TGA 측정 파라미터

파라미터

온도 범위RT ~ 500°C
가열 속도10 K/min
분위기헬륨
유량65 ml/min
시료 홀더부식성 가스용 시료 홀더
CrucibleAl2O3 (85 μl)
시료 질량6.9 mg

표 2: GC-MS 측정 파라미터

매개변수준연속 모드이벤트 제어 모드
Agilent HP-5msAgilent HP-5ms
컬럼 길이30 m30 m
컬럼 직경0.25 mm0.25 mm
용광로 온도150°C100°C ~ 310°C(10K/min)
가스헬륨헬륨
가스 흐름(분할)20 ml/min(10:1)20 ml/min(10:1)
컬럼 흐름2 ml/min2 ml/min
밸브2분마다이벤트당 1회

준연속 모드

TGA와 GC-MS를 동시에 연결하면 가스 배출 물질과 온도의 상관 관계를 쉽게 파악할 수 있습니다.

소나무의 열분해는 세 단계로 진행됩니다(그림 2). 첫 번째 단계는 포함된 수분의 진화입니다. 목재의 주요 분해는 약 300°C에서 일어납니다.

먼저 셀룰로오스 성분이 분해된 다음 리그닌 성분이 분해됩니다.

DTG 곡선에 해당하는 총 이온 크로마토그램에서 300°C에서 주요 분해를 볼 수 있습니다.

특정 온도에서 주요 열 이벤트를 보여주는 소나무 열분해에 대한 TGA, DTG 및 TIC 곡선입니다.
2) 소나무의 열분해: TGA(검은색), DTG(녹색), TIC(보라색) 결과와 온도 비교
380°C ~ 385°C의 온도에서 소나무 열분해 결과를 보여주는 TIC 그래프로, 피크 값을 강조 표시합니다.
3) 소나무 열분해: 온도(380°C ~ 385°C)에 대한 TIC 결과 비교

이 범위에서 TIC의 확대된 스케일링은 그림 3에 표시되어 있으며, 피크에서 검출된 물질은 표 3에 나열되어 있습니다.

표 3: 검출된 분자와 그 체류 시간

시간/분분자몰 질량질량 수
35.138아세톤5858
35.1641,2,3-티아디아졸8658, 86
35.1722-메틸푸란8282, 81, 53
35.1892-메틸-만노메틸피라노시드17860, 74
35.2232-부텐알, 2-메틸8455, 84
35.240티오펜8484, 58, 45
35.265푸란, 2,3-디하이드로-5-메틸8484, 55, 69
35.290Furfural9696, 95
35.2991H-피라졸, 1,3-디메틸9696, 81, 68, 54
35.3082,5-디메틸푸란9696, 95, 81, 53
35.4092(5H)-푸라논8455, 84, 70
35.4262H-피란, 3,4-디하이드로8455, 84, 69
질량 번호 82, 96, 114, 125, 138에 대한 열중량 분석(TGA) 결과 및 이온 크로마토그램.
4) 질량 번호 82, 96, 114, 125, 138의 TGA 결과(검은색) 및 이온 크로마토그램

소나무의 개별 질량 수치는 그림 4에 온도에 따른 함수로 표시되어 있습니다.

이벤트 제어 모드

성형 물질에 대한 보다 자세한 평가를 위해 이벤트 제어 모드에서 TGA-GC-MS 측정을 수행했습니다(그림 5). 이를 위해 특정 온도에서 개별 크로마토그램을 기록했습니다.

TG 분석은 시간 경과에 따른 검은색 선(무게 %)과 빨간색 선(온도)을 표시하여 테스트 중 열 거동을 강조합니다.
5) TGA 결과(검정색) 및 온도(빨간색) 대 시간 비교
350°C에서의 TIC 결과 그래프는 시간 경과에 따른 피크 추세를 보여주며 주요 측정 간격과 중요한 데이터 포인트를 강조합니다.
6) 350°C에서의 TIC 결과와 시간 비교

그림 6은 350°C에서의 크로마토그램을 보여줍니다. 해당 체류 시간에서 측정된 물질은 표 4에 나와 있습니다.

표 4: 350°C에서 검출된 분자와 그 체류 시간

파라미터

유지 시간/분물질
1.047CO2
1.0883(2H)-푸라논, 디하이드로-2-메틸
1.1241-프로판올
1.1971-하이드록시-2-프로파논
1.3052(5H)-푸라논
1.330아세트산, 메틸레스테르
1.370아세톤
1.4244H-1,2,4-티아졸, 4-아미노
1.528푸푸랄
1.5762-푸란메탄올
1.8882(3H)-푸라논, 5-메틸
3.073페놀, 2-메톡시
4.150페놀, 2-메톡시-4-메틸
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