Introdução
A análise de gás evoluído (EGA) acoplada a analisadores térmicos, como a termogravimetria (TGA) ou a análise térmica simultânea (STA), que se refere à TGA-DSC simultânea, está bem estabelecida, pois aumenta muito o valor dos resultados da TGA ou da TGA-DSC. A técnica sensível e selective de Infravermelho por Transfração de Fourier (FT-IR) é particularmente útil para a análise de moléculas orgânicas, mas também para gases permanentes ativos por infravermelho que evoluem durante a maioria dos processos de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição. Esses gases permanentes, comoCO2 ou SO2, são gasosos em condições ambientais.
A interface de acoplamento entre os analisadores térmicos e os espectrômetros FT-IR geralmente é realizada com o uso de adaptadores aquecidos e uma linha de transferência flexível e aquecida, onde o aquecimento é necessário para evitar a condensação de gases evoluídos no caminho para o instrumento FT-IR. Embora haja soluções de software integradas disponíveis, os analisadores térmicos e de gás ainda estão fisicamente separados. O caminho através da linha de transferência causa, além disso, um atraso entre a liberação e a detecção dos gases evoluídos e, em alguns casos, efeitos de condensação ou interação.
Para este trabalho, foi usado o novo acoplamento direto Perseus de um instrumento STA e um espectrômetro FT-IR sem uma linha de transferência [1]. Um espectrômetro FT-IR muito small próximo é montado diretamente sobre o forno STA, resultando em um sistema de acoplamento STA-FT-IR compacto e totalmente integrado, denominado Perseus STA 449 (veja a figura 1). Perseus é um novo membro da família NETZSCH de sistemas de acoplamento, conforme ilustrado na figura 2.
A interface curta com o forno STA (veja a figura 3) e a célula de gás do espectrômetro FT-IR são aquecidas para minimizar o risco de condensação. Além disso, não é necessário nitrogênio líquido, pois o detector FT-IR do tipo DLaTGS opera em temperatura ambiente.
O instrumento básico NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® permite a medição simultânea de TGA de alta resolução e DSC ou DTA em uma ampla faixa de temperatura de -150°C a 2400°C, dependendo do forno e do transportador de amostras utilizado.
Experimental
Um composto de PTFE/grafite com uma massa inicial de amostra de 11,54 mg foi medido em cadinhos de Pt com tampas perfuradas a uma taxa de aquecimento de 10 K/min. A atmosfera de gás (taxa de fluxo de 70 ml/min) foi trocada de argônio puro para ar sintético a 870°C. Foram utilizados um transportador de amostras TGA-DSC tipo S e um forno de ródio. Os resultados de TGA-DSC foram corrigidos pela linha de base (os sinais de execução vazia foram subtraídos) e a aquisição de FT-IR foi realizada em uma resolução de 4 cm-1 e foi calculada a média de 16 varreduras para um espectro de FT-IR, sendo que uma varredura levou cerca de 1s.
Resultados e discussão
O acoplamento Perseus é adequado para muitas aplicações [1]. Como exemplo, os resultados do composto de PTFE/grafite mencionado acima - que pode, por exemplo, ser aplicado como lubrificante - são mostrados [2]: a figura 4 mostra os resultados de TGA-DSC juntamente com a curva de Gram-Schmidt. A curva de Gram-Schmidt retrata a mudança de intensidade de toda a absorção de IR detectada. A aproximadamente 349°C (temperatura de pico), o sinal DSC revela um efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico que se deve à fusão do conteúdo de PTFE. Entre aproximadamente 480°C e 620°C, ocorre uma etapa de perda de massa de 97,4%, juntamente com um efeito DSC EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico e um pico no sinal de Gram-Schmidt. Nessa faixa, ocorre a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição pirolítica do conteúdo de PTFE. A 870°C, a atmosfera de gás foi alterada de inerte para oxidante, levando à queima exotérmica do teor de grafite de aproximadamente 2,1%. A massa residual de cerca de 0,6% provavelmente se deve a um enchimento de cerâmica.
O "cubo 3-D" apresentado na figura 5 mostra a absorção de IR em função do número de onda e da temperatura, juntamente com a curva TGA. Durante a primeira etapa de perda de massa, as conhecidas bandas de absorção do tetrafluoroetileno, C2F4, podem ser identificadas principalmente na faixa entre 1100 cm-1 e 1400 cm-1 (bem como traços de HF na faixa entre 4000 cm-1 e 4200 cm-1). As bandas detectadas durante a segunda etapa de perda de massa, principalmente na faixa entre 2200 cm-1 e 2400 cm-1, podem ser atribuídas aoCO2 formado durante a combustão. Por fim, a figura 6 mostra os traços de integração característicos do C2F4 e doCO2 em função da temperatura, mostrando novamente uma excelente correlação entre as etapas de perda de massa e os gases evoluídos.
Conclusão
O exemplo de aplicação apresentado demonstra que o site Perseus permite o registro simultâneo de TGA e DSC e, ao mesmo tempo, a detecção dos gases envolvidos por meio de FT-IR. Os resultados completos do STA-FT-IR permitem a quantificação e a identificação de cada componente da amostra, já que os gases inicialmente não identificados podem ser identificados com frequência por meio de um banco de dados emarch [1]. Foi demonstrada uma correlação muito boa entre as etapas de perda de massa detectadas e os gases desenvolvidos, o que é um benefício da interface de acoplamento direto. Em suma, o novo Perseus STA 449 F1 /F3 é um acoplamento STA-FT-IR direto e de alto desempenho, sem qualquer linha de transferência, que se diferencia especialmente por sua compactação.