Inleiding
Het gebied van thermische analyse omvat methoden voor de karakterisering van fysische en chemische eigenschappen of veranderingen in eigenschappen als functie van de temperatuur. Met thermogravimetrie kunnen massaveranderingen worden gekwantificeerd, bijvoorbeeld het vrijkomen van reactie- en ontledingsgassen. Als deze gassen in een gasmeetcel worden overgebracht, kunnen de vrijgekomen gassen ook worden geïdentificeerd. De zogenaamde TGA-FT-IR koppeling is een beproefde combinatie van een analytische en een spectroscopische analysemethode.
Een vrij nieuwe toevoeging aan de gevestigde STA 449 F1 Jupiter® (figuur 1) is de hogesnelheidsoven (doorsnede in figuur 2) die kan werken met verwarmingssnelheden tot 1000 K/min (er zijn nu ovensystemen beschikbaar voor de meest uiteenlopende toepassingen met een temperatuurbereik van -150 °C tot 2400 °C).
De invloed van de verwarmingssnelheid en de daarmee samenhangende afgiftesnelheid op de thermogravimetrische en spectroscopische meetresultaten wordt in deze toepassingsnotitie besproken.
Resultaten
a) Polypropyleen PP
Wanneer de verhittingssnelheid tijdens thermoanalytische experimenten wordt gevarieerd, verschuiven de gedetecteerde effecten naar hogere temperaturen naarmate de verhittingssnelheid toeneemt (figuur 3). Dit is bekend en kan worden gebruikt voor kinetische evaluaties. Bij een toenemende afgiftetemperatuur neemt de afgiftesnelheid ook aanzienlijk toe (figuur 4). Daarom stijgt ook de concentratie van de te analyseren monstergassen in de constante draaggasstroom en kunnen de monstergassen gemakkelijk worden gedetecteerd en geïdentificeerd. De massaverliesstappen zijn echter niet afhankelijk van de verwarmingssnelheid.
b) CaCO3
Het verband tussen de verhittingssnelheid en de ontledingstemperatuur bij een constante staphoogte, dat is besproken voor de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van propyleen, is ook te zien bij de thermische ontleding van calciumcarbonaat in calciumoxide en koolstofdioxide (figuren 5 en 6).
Figuur 7 toont de absorptie-intensiteit van de corresponderende Gram-Schmidt-sporen, die naar verwachting toeneemt met toenemende verwarmingssnelheden. Hierbij moet worden opgemerkt dat het transport van de vrijgekomen monstergassen naar de IR-gasmeetcel nauwelijks wordt vertraagd door de hoge verhittingssnelheden. Dit is te zien aan de vergelijking van de maximale vrijsnelheid (DTA) met de maximale IR-intensiteit (GS) in figuur 8.
c) CaC2O4 xH2Ogemengd met SiO2
Voor onderzoek naar de aantoonbaarheidsgrens werd een mengsel van calciumoxalaatmonohydraat (CaC2O4 xH2O) en kwartszand (SiO2) bereid. De gekozen mengverhouding was 1:10, zodat het verwachte vrijkomen van water overeenkwam met ongeveer 1% van de monstermassa. Het thermische vrijkomen van ongeveer 1% water uit dit mengsel kon niet worden gedetecteerd bij een verhittingssnelheid van 20 K/min; bij een verhittingssnelheid van 200 K/min kon het echter duidelijk worden gedetecteerd (figuur 9-11).
Samenvatting
Door middel van snelle verwarmingssnelheden tot 500 K/min is het mogelijk om de afgifte van gasvormige producten uit een monster aanzienlijk te verhogen. Daarom neemt hun concentratie ook toe in vergelijking met het dragergas, wat leidt tot een aanzienlijke verbetering van de detectielimiet van een TGA-FT-IR koppeling.