Wprowadzenie
Analiza gazów ulatniających się (EGA) w połączeniu z analizatorami termicznymi, takimi jak termograwimetria (TGA) lub jednoczesna analiza termiczna (STA), która odnosi się do jednoczesnej TGA-DSC, jest dobrze ugruntowana, ponieważ znacznie zwiększa wartość wyników TGA lub TGA-DSC. Czuła i selective technika FT-IR (Fourier Transfrom Infrafed) jest szczególnie przydatna do analizy cząsteczek organicznych, ale także gazów stałych aktywnych w podczerwieni, powstających podczas większości procesów rozkładu. Takie gazy stałe jakCO2 lub SO2 są gazami w warunkach otoczenia.
Interfejs sprzęgający między analizatorami termicznymi i spektrometrami FT-IR jest zwykle realizowany przy użyciu podgrzewanych adapterów i elastycznej, podgrzewanej linii przesyłowej, gdzie ogrzewanie jest wymagane, aby uniknąć kondensacji wydzielanych gazów w drodze do instrumentu FT-IR. Chociaż dostępne są zintegrowane rozwiązania programowe, analizatory termiczne i gazowe są nadal fizycznie oddzielone. Droga przez linię przesyłową powoduje ponadto opóźnienie między uwolnieniem a wykryciem wydzielonych gazów, aw niektórych przypadkach kondensację lub efekty interakcji.
W tej pracy wykorzystano nowe bezpośrednie połączenie Perseus przyrządu STA i spektrometru FT-IR bez linii transferowej [1]. Bardzo small spektrometr FT-IR jest bezpośrednio zamontowany na piecu STA, co prowadzi do kompaktowego i w pełni zintegrowanego systemu sprzęgającego STA-FT-IR o nazwie Perseus STA 449 (patrz rysunek 1). Perseus jest nowym członkiem rodziny systemów sprzęgających NETZSCH, jak pokazano na rysunku 2.
Krótki interfejs do pieca STA (patrz rysunek 3), a także cela gazowa spektrometru FT-IR są podgrzewane w celu zminimalizowania ryzyka kondensacji. Ponadto nie jest wymagany ciekły azot, ponieważ detektor FT-IR typu DLaTGS działa w temperaturze pokojowej.
Podstawowe urządzenie NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® umożliwia jednoczesny pomiar TGA i DSC lub DTA w wysokiej rozdzielczości w szerokim zakresie temperatur od -150°C do 2400°C w zależności od zastosowanego pieca i nośnika próbki.
Eksperymentalny
Związek PTFE/grafit o początkowej masie próbki 11,54 mg mierzono w tyglach Pt z przebitymi pokrywami przy szybkości ogrzewania 10 K/min. Atmosfera gazowa (natężenie przepływu 70 ml/min) została zmieniona z czystego argonu na powietrze syntetyczne w temperaturze 870°C. Zastosowano nośnik próbek TGA-DSC typu S i piec rodowy. Wyniki TGA-DSC zostały poddane korekcji bazowej (sygnały pustych przebiegów zostały odjęte), a akwizycja FT-IR została przeprowadzona z rozdzielczością 4 cm-1, a 16 skanów zostało uśrednionych dla jednego widma FT-IR, gdzie jeden skan trwał około 1s.
Wyniki i dyskusja
Sprzężenie Perseus dobrze nadaje się do wielu zastosowań [1]. Jako przykład przedstawiono wyniki dla wyżej wymienionego związku PTFE/grafit - który może być na przykład stosowany jako smar - [2]: rysunek 4 przedstawia wyniki TGA-DSC wraz z krzywą Grama-Schmidta. Krzywa Grama-Schmidta przedstawia zmianę intensywności całej wykrytej absorpcji w podczerwieni. Przy około 349°C (temperatura szczytowa) sygnał DSC ujawnia efekt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny, który jest spowodowany topnieniem zawartości PTFE. Pomiędzy około 480°C a 620°C, następuje ubytek masy 97,4% wraz z endotermicznym efektem DSC i pikiem w sygnale Gram-Schmidta. W tym zakresie następuje pirolitycznyReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład zawartości PTFE. W temperaturze 870°C atmosfera gazowa została zmieniona z obojętnej na utleniającą, co doprowadziło do egzotermicznego wypalenia zawartości grafitu o ok. 2,1%. Masa resztkowa wynosząca około 0,6% jest najprawdopodobniej spowodowana wypełniaczem ceramicznym.
"Kostka 3-D" przedstawiona na rysunku 5 pokazuje absorpcję w podczerwieni w funkcji liczby falowej i temperatury, wraz z krzywą TGA. Podczas pierwszego etapu utraty masy, dobrze znane pasma absorpcji tetrafluoroetylenu, C2F4, można zidentyfikować głównie w zakresie od 1100 cm-1 do 1400 cm-1 (jak również ślady HF w zakresie od 4000 cm-1 do 4200 cm-1). Pasma wykryte podczas drugiego etapu utraty masy, głównie w zakresie od 2200 cm-1 do 2400 cm-1, można przypisaćCO2 powstałemu podczas spalania. Wreszcie, rysunek 6 przedstawia charakterystyczne ślady integracji dla C2F4 iCO2 w funkcji temperatury, pokazując ponownie doskonałą korelację między etapami utraty masy i wydzielonymi gazami.
Wnioski
Przedstawiony przykład zastosowania pokazuje, że Perseus pozwala na jednoczesne rejestrowanie TGA i DSC, a jednocześnie wykrywanie wydzielanych gazów za pomocą FT-IR. Całość wyników STA-FT-IR pozwala na kwantyfikację i identyfikację każdego składnika próbki, ponieważ początkowo niezidentyfikowane gazy można często zidentyfikować za pomocą bazy danych search [1]. Wykazano bardzo dobrą korelację między wykrytymi etapami utraty masy a wyewoluowanymi gazami, co jest zaletą interfejsu bezpośredniego sprzężenia. Podsumowując, nowy Perseus STA 449 F1 /F3 jest wysokowydajnym, bezpośrednim sprzęgiem STA-FT-IR bez linii transferowej, który wyróżnia się szczególnie kompaktowością.