Introducere
Analiza gazelor evoluate (EGA) cuplată la analizoare termice, cum ar fi termogravimetria (TGA) sau analiza termică simultană (STA), care se referă la TGA-DSC simultană, este bine stabilită deoarece sporește considerabil valoarea rezultatelor TGA sau TGA-DSC. Tehnica sensibilă și selectivă FT-IR (Fourier Transfrom Infrafed) este utilă în special pentru analiza moleculelor organice, dar și pentru gazele permanente active în infraroșu dezvoltate în timpul majorității proceselor de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere. Astfel de gaze permanente precumCO2 sau SO2 sunt gazoase în condiții ambientale.
Interfața de cuplare între analizoarele termice și spectrometrele FT-IR se realizează, de obicei, cu ajutorul unor adaptoare încălzite și al unei linii de transfer flexibile și încălzite, în cazul în care încălzirea este necesară pentru a evita condensarea gazelor dezvoltate pe drumul către instrumentul FT-IR. Deși sunt disponibile soluții software integrate, analizoarele termice și de gaze sunt încă separate fizic. Drumul prin linia de transfer determină, în plus, o întârziere între eliberarea și detectarea gazelor dezvoltate și, în unele cazuri, condensarea sau efectele de interacțiune.
Pentru această lucrare, a fost utilizată noua cuplare directă Perseus a unui instrument STA și a unui spectrometru FT-IR fără o linie de transfer [1]. Un spectrometru FT-IR foarte small este montat direct deasupra cuptorului STA, ceea ce conduce la un sistem de cuplare STA-FT-IR compact și complet integrat, denumit Perseus STA 449 (a se vedea figura 1). Perseus este un nou membru al familiei NETZSCH de sisteme de cuplare, astfel cum este ilustrat în figura 2.
Interfața scurtă cu cuptorul STA (a se vedea figura 3), precum și celula de gaz a spectrometrului FT-IR sunt încălzite pentru a minimiza riscul de condensare. În plus, nu este necesar azot lichid, deoarece detectorul FT-IR de tip DLaTGS funcționează la temperatura camerei.
Instrumentul de bază NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® permite măsurarea TGA de înaltă rezoluție și DSC sau DTA simultan într-un interval larg de temperatură de la -150°C la 2400°C, în funcție de cuptorul și suportul de probe utilizate.
Experimental
Un compus PTFE/grafit cu o masă inițială a probei de 11,54 mg a fost măsurat în creuzete din Pt cu capace perforate la o rată de încălzire de 10 K/min. Atmosfera de gaz (debit 70 ml/min) a fost schimbată de la argon pur la aer sintetic la 870 °C. Au fost aplicate un purtător de probe TGA-DSC de tip S și un cuptor cu rodiu. Rezultatele TGA-DSC au fost corectate în funcție de linia de bază (au fost scăzute semnalele de funcționare în gol), iar achiziția FT-IR a fost efectuată la o rezoluție de 4 cm-1 și s-a calculat media a 16 scanări pentru un spectru FT-IR, o scanare durând aproximativ 1 s.
Rezultate și discuții
Cuplarea Perseus este potrivită pentru multe aplicații [1]. Ca exemplu, sunt prezentate rezultatele privind compusul PTFE/grafit menționat mai sus - care poate fi aplicat, de exemplu, ca lubrifiant - [2]: figura 4 prezintă rezultatele TGA-DSC împreună cu curba Gram-Schmidt. Curba Gram-Schmidt prezintă modificarea intensității întregii absorbții IR detectate. La aproximativ 349°C (temperatura de vârf), semnalul DSC relevă un efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic care se datorează topirii conținutului de PTFE. Între aproximativ 480°C și 620°C, are loc o etapă de pierdere de masă de 97,4%, împreună cu un efect DSC EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic și un vârf în semnalul Gram-Schmidt. În acest interval, are loc descompunerea pirolitică a conținutului de PTFE. La 870°C, atmosfera de gaz a trecut de la inert la oxidativ, ceea ce a condus la arderea ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermică a conținutului de grafit de aproximativ 2,1%. Masa reziduală de aproximativ 0,6% se datorează cel mai probabil unei umpluturi ceramice.
"Cubul 3-D" prezentat în figura 5 arată absorbția IR în funcție de numărul de undă și temperatură, împreună cu curba TGA. În timpul primei etape de pierdere în masă, benzile de absorbție bine cunoscute ale tetrafluoroetilenei, C2F4, pot fi identificate în principal în intervalul cuprins între 1100 cm-1 și 1400 cm-1 (precum și urme de HF în intervalul cuprins între 4000 cm-1 și 4200 cm-1). Benzile detectate în timpul celei de-a doua etape de pierdere a masei, în principal în intervalul cuprins între 2200 cm-1 și 2400 cm-1, pot fi atribuiteCO2 format în timpul arderii. În cele din urmă, figura 6 prezintă urmele de integrare caracteristice pentru C2F4 șiCO2 în funcție de temperatură, demonstrând din nou o corelație excelentă între etapele de pierdere a masei și gazele evoluate.
Concluzie
Exemplul de aplicație prezentat demonstrează că Perseus permite înregistrarea simultană a TGA și DSC și, în același timp, detectarea gazelor dezvoltate cu ajutorul FT-IR. Rezultatele STA-FT-IR complete permit cuantificarea și identificarea fiecărui component al probei, deoarece gazele neidentificate inițial pot fi adesea identificate prin intermediul unei căutări în baza de date [1]. A fost demonstrată o corelație foarte bună între etapele de pierdere de masă detectate și gazele care au evoluat, ceea ce reprezintă un avantaj al interfeței de cuplare directă. În concluzie, noul Perseus STA 449 F1 /F3 este un cuplaj direct STA-FT-IR de înaltă performanță, fără nicio linie de transfer, care se distinge în special prin compactitatea sa.