Введение
Глицерин - это простое триольное соединение, которое впервые было выделено в 1779 году Карлом Вильгельмом Шееле. С тех пор его ждал большой успех. Сегодня он используется в косметике, лекарствах, креме для обуви, антифризе, кормах для животных, табаке для кальяна и продуктах питания. Существует очень мало сырьевых материалов, столь же универсальных, как глицерин. Даже недавние исследованияarch в области литий-ионных батарей показали, что глицерин является важной связующей добавкой, которая облегчает диффузию ионов лития на границе раздела графитового анода с низким сопротивлением и повышает высокоскоростную способность [1].
В самых разных областях применения всегда возникает вопрос о термической стабильности глицерина и газах, которые могут образовываться при температурной обработке.
Экспериментальный
Для системы сопряжения ТГА-ФТ-ИК ответ на этот вопрос является простой задачей. Текущая конфигурация позволяет значительно повысить температуру передачи интерфейса сопряжения до 370°C с помощью газовой ячейки TGA II на ИК-Фурье спектрометре Bruker INVENIO, адаптера сопряжения на термобаллоне TG 209 F1 Libra® и линии передачи с металлическим капилляром внутри (рис. 1).
Результаты измерений
Нагревание 15 мг глицерина в открытом тигле из Al2O3 в атмосфере чистого азота со скоростью 10 К/мин приводит к полному испарению к 300°C. Экстраполированное начало процесса было обнаружено при 199°C. Пик скорости потери массы (DTG, черный) был обнаружен при 239°C; см. рис. 2. Это хорошо согласуется с пиком на кривой Грама-Шмидта. Кривая Грама-Шмидта показывает общую интенсивность ИК-поглощения и доказывает выделение ИК-активных газов. Этот график уже показывает идеальный перенос выделяющихся газов в газоанализатор без хвостов и задержек.
Для детального изучения процесса, происходящего при испарении, необходимо проанализировать полученные ИК-Фурье данные.
На рисунке 3 представлены все ИК-Фурье данные в виде трехмерной диаграммы с температурным масштабом. Этот график также показывает хорошую корреляцию увеличения интенсивности ИК-Фурье с потерей массы. Сравнение измеренных ИК-Фурье спектров при каждой температуре со спектрами паровой фазы NIST library позволяет идентифицировать выделяющиеся газы.
На рисунке 4 показана хорошая корреляция измеренного спектра при 234°C в атмосфере азота со спектром глицерина на сайте library. Это доказывает, что глицерин в основном подвергается процессу испарения в отсутствие кислорода, поскольку улетучивается в виде полной молекулы.
Эксперимент был повторен в окислительных условиях. Полученные ИК-Фурье данные представлены на рисунке 5. Здесь была обнаружена совершенно иная ИК-Фурье картина.
Сравнение со спектрами library показало высокое сходство со спектрами воды, углекислого газа, монооксида углерода, ацетальдегида и, в незначительной степени, чистого глицерина (рис. 6). При этом глицерин разлагается на различные продукты, даже такие вредные, как ацетальдегид и CO.
Такое поведение ясно показывает, что используемая газовая атмосфера оказывает значительное влияние на термическую стабильность глицерина.
Резюме
В заключение следует отметить, что соединение NETZSCH TG 209 F1 Libra® с BRUKER FT-IR INVENIO с температурой интерфейса 370°C обеспечивает быстрый и полный перенос выделяющихся газов в спектрометр и их идентификацию. С помощью этой системы можно провести различие между испарением и разложением высококипящей органики, как в данном примере с глицерином.