Introducere
Prezența oxigenului rezidual este o problemă bine cunoscută în analiza termică (vă rugăm să consultați terminologia prezentată în DIN 51 005). Atunci când probele urmează să fie analizate în condiții de gaz inert, folosind, de exemplu, azot, argon sau heliu ca gaz de purjare, prezența oxigenului rezidual este decisivă în majoritatea cazurilor, deoarece o posibilă OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare a probei ar conduce la rezultate nedorite și interpretări incorecte.
Probele metalice care se oxidează la suprafață prezintă un semnal DSC ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermic, precum și o creștere a masei probei. De asemenea, oxidarea poate fi responsabilă de o schimbare a temperaturilor de transformare a fazelor. Polimerii sau compozitele care conțin substanțe organice ar arde parțial în prezența oxigenului rezidual, ceea ce ar falsifica rezultatul măsurătorii în timpul descompunerii pirolitice nominale.
Oxigenul rezidual din analizoarele termice este de obicei redus la minimum prin evacuarea, umplerea și purjarea aparatului cu un gaz inert foarte pur. Acest proces trebuie repetat de mai multe ori pentru a minimiza concentrația de oxigen. Cea mai importantă condiție prealabilă pentru cea mai mică concentrație posibilă de oxigen este, desigur, un instrument etanș la vid. Astfel, concentrația de oxigen rezidual depinde de etanșeitatea la vid a analizorului termic, a conductelor de gaz și a conexiunilor de gaz, precum și de puritatea gazului inert de purjare. O curățare suplimentară a gazului de purjare în afara instrumentului poate fi utilă, dar de obicei nu dă rezultate complet satisfăcătoare.
Sistemul OTS®
Sistemul OTS® permite o reducere suplimentară, eficientă și in situ a concentrației de oxigen la locul prelevării probelor. Figura 1 prezintă sistemul OTS® instalat într-un analizor termic simultan (STA = TGA + DSC): Sub creuzetul de probă și de referință și, prin urmare, în zona fierbinte a instrumentului se află un material getter foarte rezistent la temperatură, care absoarbe oxigenul rezidual la temperaturi suficient de ridicate. Materialul getter este poziționat de un suport getter ceramic, care este, de asemenea, foarte rezistent la temperatură și nu reacționează cu materialul getter. Ambele părți, materialul getter și suportul ceramic getter, sunt plasate pe scutul anti-radiații al suportului de probe TGA-DSC.
Simetria rotațională asigură faptul că sistemul OTS® nu este în contact direct cu suportul de probe. Și datorită designului cu fante al materialului getter și al suportului ceramic getter, sistemul OTS® poate fi montat sau îndepărtat cu ușurință. Gazul inert de purjare care curge în sus intră mai întâi în contact cu materialul getter și apoi cu proba. Prin urmare, oxigenul rezidual prezent în gazul de purjare este complet absorbit de materialul getter și, astfel, nu poate ajunge la probă.
Rezultate și discuții
În figura 2 sunt comparate două măsurători TGA pe zirconiu; una cu sistemul OTS® și cealaltă fără. Ambele măsurători au fost efectuate într-o atmosferă dinamică de heliu cu o puritate nominală de 99,996%. Probele au fost menținute izoterm la 1000°C timp de aproximativ 2 ore. Fără sistemul OTS®, masa probei a crescut într-un ritm constant, ajungând în final la 0,33 mg. Această creștere a masei care reflectă oxidarea probei a putut fi evitată cu sistemul OTS®: Masa probei a rămas aproape constantă. Pe baza acestor rezultate, se poate estima că sistemul OTS® reduce concentrația de oxigen rezidual la locul prelevării probelor sub ~1 ppm.
Un alt exemplu care demonstrează beneficiile sistemului OTS® este prezentat în figura 3. Două probe de nichel au fost investigate cu ajutorul unui analizor termic simultan. În ambele cazuri a fost utilizat gaz de purjare argon cu o puritate de 99,996%. Punctul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire al nichelului din literatura de specialitate, de 1455°C, este adesea utilizat pentru termometrie la temperaturi ridicate. Cu toate acestea, nichelul este foarte sensibil la OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare, ceea ce poate duce la o reducere nedefinită a punctului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și, astfel, la o termometrie incorectă. Acest lucru poate fi observat în măsurarea fără sistemul OTS®: Proba s-a oxidat, ceea ce a dus la o creștere a curbei TGA din cauza câștigului de masă. Vârful de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire DSC a apărut deja la 1443°C, cu 12°C mai puțin decât valoarea din literatura de specialitate. Entalpia de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire de 275 J/g este, de asemenea, semnificativ mai mică decât valoarea din literatura de specialitate de aproximativ 300 J/g. Rezultate corecte, corespunzătoare valorilor din literatură, au fost obținute cu sistemul OTS®: Picul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire DSC a fost detectat la 1455 °C, iar entalpia de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a fost de 290 J/g.
Datorită sistemului OTS®, proba nu s-a oxidat semnificativ. Acest lucru poate fi observat prin curba TGA orizontală, ceea ce înseamnă că masa probei a fost constantă pe parcursul experimentului. În cele din urmă, în figura 4 sunt reprezentate două măsurători TGA-MS pe două grafituri care au fost efectuate din nou în gaz de purjare argon cu o puritate de 99,996%. Pierderea ușoară de masă sub ~600°C se datorează cel mai probabil hidrocarburilor volatile, în timp ce pierderea de masă la temperaturi mai ridicate observată fără sistemul OTS® reflectă arderea parțială a grafitului din cauza oxigenului rezidual (linii punctate): Spectrometrul de masă a detectat o creștere a semnalului cu numărul de masă 44, care se datorează evoluțieiCO2; scăderea treptată a semnalului cu numărul de masă 32 reflectă consumul corespunzător de oxigen rezidual. Cu sistemul OTS®, masa probei a rămas practic constantă peste ~600°C, ceea ce înseamnă că proba nu a prezentat OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare suplimentară (linii continue). De asemenea, nu a fost detectată nicio evoluție aCO2 în acest interval de temperatură. Din semnalul de oxigen (numărul de masă 32), se poate concluziona, de asemenea, că sistemul OTS® începe să absoarbă oxigenul rezidual peste ~300°C și reduce concentrația de oxigen la un minim peste ~500°C.
Concluzie
Sistemele de captare a oxigenului OTS® pot fi utilizate cu diverse analizoare termice (DSC, TGA, STA, DIL). Acesta elimină urmele de oxigen rezidual din atmosfera gazoasă din interiorul instrumentului la concentrații mult sub 1 ppm.