Введение
Анализ растворенных газов (ЭГА) в сочетании с термоанализаторами, такими как термогравиметрия (ТГА) или одновременный термический анализ (STA), который относится к одновременному ТГА-ДСК, хорошо известен, поскольку он значительно повышает ценность результатов ТГА или ТГА-ДСК. Чувствительный и selectивный метод ИК-Фурье-спектроскопии (ИК-Фурье) особенно полезен для анализа органических молекул, а также инфракрасно-активных постоянных газов, выделяющихся в ходе большинства процессов разложения. Такие постоянные газы, какCO2 или SO2, являются газообразными в условиях окружающей среды.
Соединительный интерфейс между термоанализаторами и ИК-Фурье спектрометрами обычно реализуется с помощью нагревающихся адаптеров и гибкого нагревающегося передаточного трубопровода, где нагрев необходим для предотвращения конденсации выделяющихся газов на пути к ИК-Фурье прибору. Несмотря на наличие интегрированных программных решений, тепловые и газовые анализаторы по-прежнему физически разделены. Кроме того, путь через линию передачи приводит к задержке между выделением и обнаружением выделяющихся газов, а в некоторых случаях к конденсации или эффекту взаимодействия.
В данной работе использовалось новое прямое Perseus соединение прибора STA и ИК-Фурье спектрометра без линии передачи [1]. small ИК-Фурье спектрометр устанавливается непосредственно на печь STA, что позволяет создать компактную и полностью интегрированную систему сопряжения STA-FT-IR, названную Perseus STA 449 (см. рис. 1). Perseus - это новый член семейства NETZSCH систем сопряжения, как показано на рис. 2.
Короткий интерфейс к печи STA (см. рис. 3), а также газовая ячейка ИК-Фурье спектрометра нагреваются, чтобы свести к минимуму риск образования конденсата. Кроме того, не требуется жидкий азот, поскольку ИК-Фурье детектор типа DLaTGS работает при комнатной температуре.
Базовый прибор NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® позволяет проводить измерения ТГА с высоким разрешением и ДСК или ДТА одновременно в широком диапазоне температур от -150°C до 2400°C в зависимости от используемой печи и носителя образца.
Экспериментальный
Соединение ПТФЭ/графит с начальной массой образца 11,54 мг измерялось в платиновых тиглях с проколотыми крышками при скорости нагрева 10 К/мин. Газовая атмосфера (расход 70 мл/мин) переключалась с чистого аргона на синтетический воздух при температуре 870°C. Использовался носитель образцов ТГА-ДСК типа S и родиевая печь. Результаты ТГА-ДСК корректировались (вычитались пустые сигналы), ИК-Фурье спектроскопия проводилась с разрешением 4 см-1, для получения одного ИК-Фурье спектра усреднялось 16 сканирований, одно сканирование занимало около 1 с.
Результаты и обсуждение
Соединение Perseus хорошо подходит для многих применений [1]. В качестве примера приведены результаты исследования вышеупомянутого соединения ПТФЭ/графит, которое может применяться, например, в качестве смазки [2]: на рисунке 4 представлены результаты ТГА-ДСК вместе с кривой Грама-Шмидта. Кривая Грама-Шмидта отражает изменение интенсивности всего обнаруженного ИК-поглощения. Приблизительно при 349°C (температура пика) сигнал ДСК показывает эндотермический эффект, который обусловлен плавлением ПТФЭ. В диапазоне от 480°C до 620°C происходит потеря массы на 97,4% вместе с эндотермическим эффектом ДСК и пиком в сигнале Грамма-Шмидта. В этом диапазоне происходит пиролитическое разложение содержимого ПТФЭ. При температуре 870°C газовая атмосфера была переключена с инертной на окислительную, что привело к экзотермическому выгоранию содержания графита примерно на 2,1%. Остаточная масса около 0,6 %, скорее всего, обусловлена керамическим наполнителем.
Трехмерный куб", представленный на рисунке 5, показывает ИК-поглощение как функцию волнового числа и температуры, а также кривую ТГА. На первом этапе потери массы можно выделить хорошо известные полосы поглощения тетрафторэтилена, C2F4, в основном в диапазоне между 1100 см-1 и 1400 см-1 (а также следы HF в диапазоне между 4000 см-1 и 4200 см-1). Полосы, обнаруженные на втором этапе потери массы, в основном в диапазоне между 2200 см-1 и 2400 см-1, могут быть отнесены кCO2, образующемуся в процессе горения. Наконец, на рисунке 6 представлены характерные следы интегрирования для C2F4 иCO2 в зависимости от температуры, что вновь демонстрирует отличную корреляцию между этапами потери массы и выделяющимися газами.
Заключение
Представленный пример демонстрирует, что Perseus позволяет одновременно регистрировать ТГА и ДСК и в то же время определять выделившиеся газы с помощью ИК-Фурье. Все результаты STA-FT-IR позволяют количественно определить и идентифицировать каждый компонент образца, поскольку первоначально неидентифицированные газы часто могут быть идентифицированы с помощью базы данных search [1]. Была показана очень хорошая корреляция между обнаруженными ступенями потери массы и выделившимися газами, что является преимуществом интерфейса прямого соединения. В целом, новый Perseus STA 449 F1 /F3 - это высокопроизводительная прямая STA-FT-IR муфта без линии передачи, которая выделяется, в частности, своей компактностью.