Газоаналитические системы, соединенные с приборами NETZSCH: Как все начиналось

NETZSCH-Компания Gerätebau GmbH имеет более чем полувековой опыт разработки муфтовой техники. В месяц March вы узнаете из исторической сводки, как все начиналось, какие системы использовались тогда и какие используются сегодня, а также прочтете интересные материалы от наших давних клиентов и партнеров.

В 1973 году физик Эрвин Кайзерсбергер начал работать на сайте NETZSCH и сначала отвечал за прикладные программы и продажи в Германии и за рубежом. Далее он занимал должности руководителя лаборатории прикладных программ, руководителя отдела технических продаж и "старшего научного сотрудника" во всемирной группе обслуживания и поддержки приложений. Начиная с 2007 года, он работал в компании в качестве внештатного консультанта, а в 2012 году ушел на заслуженный отдых - после 39 лет работы. В последние пять лет он посвятил все свои силы именно области сопряжения ТГА-ГХ-МС.

Эрвин Кайзерсбергер собрал для нас историю сопряжения газоаналитических систем с приборами NETZSCH:

Точка отсчета в 1970 году

Как вы можете видеть из рассказа об истории STA в юбилейной статье за февраль 2022 года, первый NETZSCH STA с модельным номером 429 был представлен в 1970 году. Это произошло по случаю Международной машиностроительной выставки в Брно (осень 1970 года), которая в то время и много лет спустя была важным рынком для бизнеса, в том числе со странами Восточной Европы.

До 1970 года на сайте NETZSCH придерживались мнения, что лучше работать отдельно с ДТА и ТГА, поскольку для ДТА более быстрые скорости нагрева эффективны для получения пиков larger; для ТГА, с другой стороны, предпочтительны более медленные скорости нагрева, чтобы определить изменения массы в состоянии, максимально приближенном к равновесному. Однако одновременное применение ДТА и ТГА к одному образцу в идентичных условиях быстро прижилось.

С появлением прибора STA 429, который с самого начала был спроектирован как вакуумный и газонепроницаемый, мы вышли на новый сегмент рынка и сразу же вступили в конкуренцию с другими западноевропейскими производителями; то же самое произошло в Восточной Европе с дериватографом (Paulik and Erdey). Особенно в области высоких температур NETZSCH смог привнести свой многолетний опыт в области неорганики, минералов и керамики.

Уже до 1973 года NETZSCH имела обширную производственную программу, как указано в брошюре по дилатометрам от 1973 года (юбилейная статья от января 2022 года). В нее также входили непрерывно работающие приборы для обнаружения газов, предназначенные для сопряжения с газонепроницаемыми моделями ДТА, ТГА, СТА и дилатометров. Конечно, эти газовые детекторы, регистрирующие изменения теплопроводности (EGA), плотности газа (EGD) или радиоактивности (ETA) образца газа во время эксперимента, были не вполне удовлетворительными, несмотря на их простоту и тот факт, что некоторые из них обладали высокой чувствительностью обнаружения: Они показывали только то, что газы выделились или поглотились, но не то, какие именно!

Однако идентификация газов была актуальной темой как в то время, так и сегодня. Но какие газоаналитические системы были доступны изначально? В центре внимания разработчиков быстро оказался квадрупольный масс-спектрометр благодаря его компактности и высокой чувствительности обнаружения (1960: Изобретение квадрупольного масс-фильтра немецким физиком и впоследствии лауреатом Нобелевской премии Вольфгангом Паулем и его коллегой Хельмутом Штайнведелем в Боннском университете).

С 1970 года разработка приборов на сайте NETZSCH также была направлена на увеличение компактных размеров с smallэр и, следовательно, более быстрыми печами, уменьшенными камерами для образцов для лучшей продувки газом и вакуумной герметичности для достижения чистой газовой атмосферы в образцах. Это было основным требованием для разумного соединения чувствительных газоаналитических систем. Также с 1970 года в системах управления приборами стала использоваться электроника, разработанная Карлом Байройтером и его командой на сайте NETZSCH. Это сделало приборы более гибкими и точными, особенно в области контроля температуры и сбора данных измерений.

1973: Соединение масс-спектрометров (МС)

Группа NETZSCH, состоящая из отдельных немецких компаний Gebrüder NETZSCH-Anlagenbau, NETZSCH-Mohnopumpen, NETZSCH-Feinmahltechnik, NETZSCH-Newamatik, NETZSCH-Gerätebau и NETZSCH-Vertriebsgesellschaft, была в приподнятом настроении и 1 июля 1973 года вместе со своими зарубежными филиалами отметила ^{100-летний} юбилей на "чрезвычайно пышном корпоративном празднике" в Зельбе. (Я начал работать на NETZSCH-Gerätebau через 100 лет и один день после основания NETZSCH, то есть ровно на следующий день после празднования 100-летнего юбилея. По сей день я не могу ответить на вопрос, почему меня там не было...)

Уже в начале 70-х годов компания Balzers из Лихтенштейна пользовалась хорошей репутацией благодаря своим квадрупольным масс-спектрометрам (QMS) для контроля технологических процессов. NETZSCH-Интерес компании Gerätebau к сотрудничеству с Balzers в разработке МС-муфты для STA 429 был очень высок, а Balzers, в свою очередь, был впечатлен открытостью NETZSCH в отношении оптимизации интегрируемых систем впуска газа. Так, в техническом отделе Герхарда Брауэра и его команды была сконструирована система впуска газа, состоящая из платинового капилляра и расположенной ниже по потоку платиновой диафрагменной пластины.

В результате была создана масс-спектрометрическая муфта, которая продолжает работать при температурах, значительно превышающих 1000°C, и механически высокоточный модульный компонент для установки в 1600°C печь STA 429.

1974: Появление первого и уникального масс-спектрометра NETZSCH- Balzers

В качестве вытяжки для нового интерфейса сопряжения используется двухступенчатый ротационный вакуумный насос на первой ступени (платиновый капилляр). Высокий уровень вакуума, необходимый для вытяжки Pt-отверстия, источника ионов и квадрупольного масс-фильтра, обеспечивается диффузионным насосом с низкофрагментарной (по отношению к фоновому спектру МС) полифениловой эфирной смазкой в качестве откачивающего средства medium.

Печь, система сопряжения и высоковакуумный насос установлены на вертикальном "лифте", обеспечивающем свободный доступ к держателю образца для его смены в СТА. Предусмотрено даже место для установки дополнительных печей для "обычных" испытаний в СТА.

Оборудование использовалось в Университете Констанца для исследования силикатов и на протяжении многих десятилетий последовательно, тщательно и надежно обслуживалось отделом сервиса NETZSCH.

1974 год также знаменует собой основание некоммерческой ассоциации по тепловому анализу в немецкоязычном регионе, GEFTA. Решающую роль в основании новой ассоциации сыграли, в частности, два имени: Проф. Ханс Леманн из Клаусталь-Целлерфельда и д-р Вольф-Дитер Эммерих из NETZSCH в Зельбе, которые убедили нескольких сотрудников NETZSCH также стать членами-учредителями GEFTA; это позволило ассоциации начать работу с 20 членов.

Местом проведения^3-го ежегодного собрания GEFTA уже в 1976 году был выбран университет Констанца, что стало данью уважения к деятельности в области термического анализа на месте. К тому времени GEFTA уже смогла увеличить свое членство до более чем 50 человек и стала интегрирующей ассоциацией активных термоаналитиков и исследованийarcпараллельно с национальными организациями соседних стран.

1975: Начало традиции семинаров по теме сопряжения газоаналитических систем

largeВ конце 1975 года эта масс-спектрометрическая муфта с платиновым капилляром и отверстием была представлена международной группе заинтересованных лиц на семинаре под названием "NETZSCH- Balzers-MTA High-Temperature Coupling Systems" (MTA означает масс-спектрометрический термический анализ, аббревиатура, которая сегодня уже не используется). Наряду с этим на сайте NETZSCH была реализована значительно более простая муфта для масс-спектрометра со стальным капилляром и платиновым отверстием, которая впоследствии предлагалась компанией Balzers в виде отдельного модуля для ввода газа или в компактном решении с термостаром. В этом случае отбор газа осуществлялся на выходе соответствующей печи, что позволяло подключать все газонепроницаемые приборы, такие как ДТА, ТГА, СТА и дилатометры. Уникальным преимуществом по сравнению с предложениями конкурентов стал комплексный и регулируемый нагрев до 200°C выхода газа из печи.

Каковы же были дальнейшие шаги по созданию системы высокотемпературного соединения?

Найденное техническое решение, практическое исполнение и чувствительность масс-спектрометра в диапазоне ppm в сочетании с термическим анализом казались более чем достаточными для решения всех проблем и задач. Небольшие недостатки экспериментального дизайна и оценки были связаны с медленной регистрацией на многоканальных точечных принтерах, относительно низкой скоростью сканирования масс-спектрометра и иногда слишком большим количеством пиков в фоновом спектре. Да, иногда встречались атомы, молекулы и соединения, которые просто не проходили через капилляр и отверстие, термически разрушались по пути или не могли быть надежно отнесены к зарегистрированным MS-пикам. Иногда приходилось разворачивать метровые полотна регистрирующей бумаги, чтобы найти "одно" соответствующее отклонение МС-сигнала.

Обсуждение перспектив, связанных с интегрированным соединением MS-STA, привело к появлению новых материалов в конструкции системы впуска газа в печь STA. Для этих целей платина была исключена из-за ее каталитического воздействия на образцы и продукты разложения, которые необходимо было обнаружить. selectБыли выбраны трубки из высокочистого спеченного корунда, которые должны были обладать хорошей стойкостью в рабочем диапазоне температур. В сотрудничестве с производителями керамики и специализированными институтами были решены такие задачи, как сверление лазером отверстий small в дне трубок и припаивание их к металлическим фланцам. Была создана система двойных отверстий.

1978: Поставки STA 429 с системой двойных отверстий

Институт исследования твердого тела Макса Планкаarch, Штутгарт, Германия, стал первым заказчиком нашей муфты с двойным сечением.

arcЕще одна область, которая стала объектом пристального внимания, касалась "безопасного" захоронения радиоактивных отходов в контексте ядернойarch.arcЮлихский научный центр (в то время еще Jülich Nuclear Research Facility) приобрел STA 429 с системой двойных отверстий для исследованияarch газовыделения из стеклообразных отходов.arcarcПрофессор д-р Райнхард Одой (1973 - 2009 гг. директор по безопасности и реакторным технологиям Центра ядерных исследований Юлиха) и его коллеги внесли значительный вклад в оптимизацию высокотемпературного MS-соединения для этой области применения. Одной из задач было создание системы впуска газа, которая позволила бы надежно обнаруживать пары металлов, таких как цезий, селен, теллур, оксиды рутения и серебра (в качестве эталонных веществ с летучестью, аналогичной радиоактивным отходам). Высокотемпературная МС-связь была значительно оптимизирована для этого применения в сотрудничестве с профессорами из центра research. Исследования привели к написанию диссертации с описанием множества отдельных шагов до "skimmer муфты", изготовленной из металла со значительно уменьшенными расстояниями между образцом, входом газа и источником МС-ионов, с соответственно короткой печью.

Перенос этого "институтского решения" на коммерчески производимую skimmer систему сопряжения на NETZSCH был очень сложным.arcПерепроектирование печи и поиск оптимальных Skimmer материалов для различных рабочих температур и диапазонов - вот лишь некоторые из ключевых моментов. Skimmerбыли изготовлены из высокотемпературного металла, кварцевого стекла, глинозема и стеклоуглерода. Глинозем и стеклоуглерод впоследствии оказались наиболее универсальными и практичными для различных температурных диапазонов и атмосфер образцов.

Развитию приборов способствовало то, что ассортимент печей на сайте NETZSCH расширился от низкотемпературного диапазона -180°C до 2400°C, для создания вакуума стали использоваться надежные турбомолекулярные насосы, а также были разработаны компактные подъемные устройства.

1985: Выпуск первого в мире уникального высокотемпературного соединения с системой впуска газа Skimmer

Параллельно с дальнейшим развитием муфты с отверстиями до муфты Skimmer, о которой говорилось выше, в Падерборнском университете (Comprehensive) на химическом факультете под руководством проф. д-ра Антониуса Кеттрупа был создан новый центр передового опыта по исследованию окружающей среды, топлива и энергииarch с двойной муфтой с отверстиями STA 429 MS.arcОчень плодотворное сотрудничество с проф. д-ром Антониусом Кеттрупом и его командой также привело к усовершенствованию приборов (автоматический контроль давления в системе впуска) и перепроектированию приборов после переезда группы исследователей в Нойхерберг под Мюнхеном в Центр по изучению окружающей среды и здоровья GASS (GASS Research Center for Environment and Health). Для проведения экологических исследованийarch (например, утилизация отходов, загрязненные почвы) в рамках финансирования баварской компании research был построен large= образцовый СТА (объем образца до 170 см³) с возможностью подключения масс-спектрометров, ИК-Фурье спектрометров и приборов ГХ-МС NETZSCH.

Но что будет дальше? Какие новые события последуют за этим? Узнайте больше в ближайшие недели..