소개
열 중량 분석(TGA) 또는 동시 열 분석(STA)과 같은 열 분석기와 결합된 진화 가스 분석(EGA)은 TGA 또는 TGA-DSC 결과의 가치를 크게 향상시키기 때문에 잘 확립되어 있습니다. 민감하고 선택적인 푸리에 투과 적외선(FT-IR) 기술은 특히 유기 분자 분석에 유용할 뿐만 아니라 대부분의 분해 과정에서 발생하는 적외선 활성 영구 기체 분석에도 유용합니다.CO2나SO2와 같은 영구 가스는 주변 조건에서 기체 상태입니다.
열 분석기와 FT-IR 분광기 사이의 결합 인터페이스는 일반적으로 가열식 어댑터와 유연한 가열식 이송 라인을 사용하여 구현되며, 이 과정에서 FT-IR 기기로 이동하는 동안 진화한 가스의 응축을 방지하기 위해 가열이 필요합니다. 통합 소프트웨어 솔루션을 사용할 수 있지만 열화상 분석기와 가스 분석기는 여전히 물리적으로 분리되어 있습니다. 이송 라인을 통과하는 경로로 인해 방출된 가스의 방출과 감지 사이에 지연이 발생하고 경우에 따라 응축 또는 상호 작용 효과가 발생합니다.
이 연구에서는 전송 라인이 없는 새로운 직접 연결 방식( Perseus )의 STA 기기와 FT-IR 분광기를 사용했습니다[1]. 매우 small FT-IR 분광기는 STA 퍼니스 위에 직접 장착되어 Perseus STA 449(그림 1 참조)라는 컴팩트하고 완전히 통합된 STA-FT-IR 커플링 시스템으로 이어집니다. Perseus 는 그림 2와 같이 NETZSCH 커플링 시스템 제품군의 새로운 구성원입니다.


응축의 위험을 최소화하기 위해 STA 퍼니스(그림 3 참조)와 FT-IR 분광기의 가스 전지에 대한 짧은 인터페이스가 가열됩니다. 또한 DLaTGS 유형의 FT-IR 검출기는 실온에서 작동하기 때문에 액체 질소가 필요하지 않습니다.
기본 장비인 NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® 는 사용하는 퍼니스와 샘플 캐리어에 따라 -150°C~2400°C의 넓은 온도 범위에서 고해상도 TGA와 DSC 또는 DTA를 동시에 측정할 수 있습니다.

실험적
초기 시료 질량이 11.54mg인 PTFE/흑연 화합물을 10K/min의 가열 속도에서 뚜껑이 뚫린 Pt 도가니에서 측정했습니다. 가스 분위기(유량 70ml/min)는 870°C에서 순수 아르곤에서 합성 공기로 전환되었습니다. TGA-DSC 샘플 캐리어 타입 S와 로듐 퍼니스가 적용되었습니다. TGA-DSC 결과는 기준선 보정(빈 실행 신호는 차감)을 거쳤으며, FT-IR 획득은 4cm-1의 해상도에서 수행되었고, 한 번의 스캔에 약 1초가 소요되는 하나의 FT-IR 스펙트럼에 대해 16개의 스캔을 평균화했습니다.
결과 및 토론
Perseus 커플링은 많은 애플리케이션에 적합합니다 [1]. 예를 들어, 윤활유로 사용할 수 있는 위에서 언급한 PTFE/흑연 화합물에 대한 결과가 표시되어 있습니다[2]: 그림 4는 그램-슈미트 곡선과 함께 TGA-DSC 결과를 보여줍니다. 그램-슈미트 곡선은 감지된 전체 IR 흡수의 강도 변화를 나타냅니다. 약 349°C(피크 온도)에서 DSC 신호는 PTFE 함량의 용융으로 인한 흡열 효과를 나타냅니다. 약 480°C에서 620°C 사이에서는 97.4%의 질량 손실 단계가 흡열 DSC 효과 및 그램-슈미트 신호의 피크와 함께 발생합니다. 이 범위에서 PTFE 함량의 열분해 분해가 일어납니다. 870°C에서 가스 분위기는 불활성 상태에서 산화 상태로 전환되어 흑연 함량이 약 2.1%의 발열 연소로 이어졌습니다. 약 0.6%의 잔여 질량은 세라믹 필러로 인한 것일 가능성이 높습니다.

그림 5에 제시된 "3차원 큐브"는 파수 및 온도에 따른 적외선 흡수를 TGA 곡선과 함께 보여줍니다. 첫 번째 질량 손실 단계에서 테트라플루오로에틸렌의 잘 알려진 흡수 대역인 C2F4는 주로 1100 cm-1에서 1400 cm-1 사이의 범위에서 식별할 수 있습니다(또한 4000 cm-1에서 4200 cm-1 사이의 범위에서 HF의 흔적도 식별할 수 있습니다). 두 번째 질량 손실 단계에서 검출된 밴드는 주로 2200 cm-1에서 2400 cm-1 사이의 범위에서 연소 중에 형성된CO2에 기인할 수 있습니다. 마지막으로 그림 6은 질량 손실 단계와 진화 기체 사이의 우수한 상관 관계를 다시 한 번 보여주는 온도 함수로서 C2F4 및CO2의 특성 통합 추적을 보여줍니다.


결론
제시된 응용 사례는 Perseus 를 통해 TGA와 DSC를 동시에 기록하는 동시에 FT-IR을 통해 진화한 가스를 감지할 수 있음을 보여줍니다. 처음에 식별되지 않은 가스는 종종 데이터베이스 검색을 통해 식별할 수 있기 때문에 전체 STA-FT-IR 결과를 통해 각 샘플 성분의 정량화 및 식별이 가능합니다 [1]. 검출된 질량 손실 단계와 진화한 가스 사이에 매우 우수한 상관관계가 나타났으며, 이는 직접 결합 인터페이스의 이점입니다. 전체적으로 새로운 Perseus STA 449 F1 /F3 는 전송 라인이 없는 고성능 직접 STA-FT-IR 커플링으로, 특히 컴팩트한 크기 덕분에 차별화됩니다.