Inledning
Glycerol är en enkel triolförening som isolerades för första gången 1779 av Carl Wilhelm Scheele. Från denna tid och framåt följde en stor framgångssaga. Numera används glycerol i kosmetika, läkemedel, skokräm, frostskyddsmedel, djurfoder, shishatobak och livsmedel. Det finns mycket få råvaror som är så mångsidiga som glycerol. Även i den allra senaste forskningen inom litiumjonbatterier har glycerol visat sig vara en viktig bindemedelstillsats som underlättar litiumjondiffusionen vid grafitanodens gränssnitt med låg resistans och förbättrar kapaciteten vid höga hastigheter [1].
Inom de vitt skilda användningsområdena uppstår alltid frågan om glycerolens termiska stabilitet och de gaser som kan bildas under en temperaturbehandling.
Experimentell
Att svara på detta är en enkel uppgift för TGA-FT-IR-kopplingssystemet. Den nuvarande konfigurationen möjliggör en betydligt högre överföringstemperatur för kopplingsgränssnittet till 370°C med TGA II-gascellen på Bruker INVENIO FT-IR-spektrometern, kopplingsadaptern på thermobalance TG 209 F1 Libra® och överföringsledningen med en metallkapillär inuti (figur 1).
Resultat av mätning
Uppvärmning av 15 mg glycerol i en öppen degel av Al2O3 i en ren kväveatmosfär med 10 K/min resulterar i fullständig FörångningFörångning av ett grundämne eller en förening är en fasövergång från vätskefas till ånga. Det finns två typer av förångning: avdunstning och kokning.förångning vid 300°C. Den extrapolerade starten detekterades vid 199°C. Toppen i massförlusthastigheten (DTG, svart) uppmättes vid 239°C; se figur 2. Detta stämmer väl överens med toppen i Gram-Schmidt-kurvan. Gram-Schmidt-kurvan visar den totala IR-absorptionsintensiteten och bevisar att IR-aktiva gaser frigörs. Denna kurva visar redan den perfekta överföringen av de frigjorda gaserna till gasanalysatorn utan svansning eller fördröjning.
För att få en detaljerad inblick i den process som sker under förångningen är det nödvändigt att analysera de FT-IR-data som erhållits.
I figur 3 visas alla FT-IR-data i ett temperaturskalat 3D-diagram. Detta diagram visar också den goda korrelationen mellan ökningen av FT-IR-intensiteten och massförlusten. Genom att jämföra de uppmätta FT-IR-spektra vid varje temperatur med NIST:s spektrabibliotek för ångfas kan man identifiera de gaser som frigörs.
Figur 4 visar en god korrelation mellan det uppmätta spektrumet vid 234°C i en kväveatmosfär och glycerolens biblioteksspektrum. Detta bevisar att glycerol huvudsakligen genomgår en förångningsprocess under utestängning av syre, eftersom den förångas som en komplett molekyl.
Experimentet upprepades under oxiderande förhållanden. De resulterande FT-IR-data kan ses i figur 5. Här upptäcktes ett helt annat FT-IR-mönster.
Jämförelsen med spektrabiblioteket visade stor likhet med vatten, koldioxid, kolmonoxid, acetaldehyd och, i mindre utsträckning, ren glycerol (figur 6). I det här fallet sönderdelas glycerol i olika produkter, även skadliga sådana som acetaldehyd och CO.
Detta beteende visar tydligt att den gasatmosfär som används har ett betydande inflytande på glycerolens termiska stabilitet.
Sammanfattning
Sammanfattningsvis möjliggör kopplingen NETZSCH TG 209 F1 Libra® till BRUKER FT-IR INVENIO med en gränssnittstemperatur på 370°C en snabb och fullständig överföring av de utvecklade gaserna till spektrometern och identifiering av dem. Med detta system är det möjligt att skilja mellan avdunstning och NedbrytningsreaktionEn sönderdelningsreaktion är en termiskt inducerad reaktion av en kemisk förening som bildar fasta och/eller gasformiga produkter. sönderdelning av högkokande organiska ämnen, som i det aktuella exemplet med glycerol.