Inledning
Evolverad gasanalys (EGA) kopplad till termiska analysatorer som termogravimetri (TGA) eller samtidig termisk analys (STA), som avser samtidig TGA-DSC, är väletablerad eftersom den kraftigt förbättrar värdet av TGA- eller TGA-DSC-resultat. Den känsliga och selektiva Fourier Transfrom Infrafed (FT-IR) tekniken är särskilt användbar för analys av organiska molekyler men även för infraröd-aktiva permanenta gaser som utvecklas under de flesta nedbrytningsprocesser. Sådana permanenta gaser somCO2 eller SO2 är gasformiga vid omgivande förhållanden.
Kopplingsgränssnittet mellan termiska analysatorer och FT-IR-spektrometrar realiseras vanligtvis med hjälp av uppvärmda adaptrar och en flexibel, uppvärmd överföringsledning där uppvärmningen krävs för att undvika kondensering av utvecklade gaser på väg till FT-IR-instrumentet. Även om det finns integrerade mjukvarulösningar är värme- och gasanalysatorerna fortfarande fysiskt åtskilda. Vägen genom överföringsledningen orsakar dessutom en fördröjning mellan frisläppandet och detekteringen av de utvecklade gaserna och i vissa fall kondensation eller interaktionseffekter.
För detta arbete användes den nya direkta Perseus kopplingen mellan ett STA-instrument och en FT-IR-spektrometer utan överföringsledning [1]. En mycket small FT-IR-spektrometer monteras direkt ovanpå STAugnen, vilket leder till ett kompakt och helt integrerat STA-FT-IR kopplingssystem som kallas Perseus STA 449 (se figur 1). Perseus är en ny medlem i NETZSCH familjen av kopplingssystem som illustreras i figur 2.
Det korta gränssnittet till STA ugnen (se figur 3) samt gascellen i FT-IR spektrometern är uppvärmda för att minimera risken för kondens. Dessutom behövs inget flytande kväve eftersom FT-IR-detektorn av DLaTGS-typ arbetar vid rumstemperatur.
Basinstrumentet NETZSCH STA 449 F1 /F3 Jupiter® gör det möjligt att mäta högupplöst TGA och DSC eller DTA samtidigt i ett brett temperaturområde från -150°C till 2400°C beroende på vilken ugn och provbärare som används.
Experimentell
En PTFE/grafitförening med en initial provmassa på 11,54 mg mättes i Pt-deglar med genomborrade lock vid en uppvärmningshastighet på 10 K/min. Gasatmosfären (flöde 70 ml/min) byttes från ren argon till syntetisk luft vid 870°C. En TGA-DSC-provbärare typ S och en rodiumugn användes. TGA-DSC-resultaten baslinjekorrigerades (tomma signaler subtraherades) och FT-IR-förvärv utfördes med en upplösning på 4 cm-1 och 16 skanningar medelvärdesbildades för ett FT-IR-spektrum där en skanning tog ca 1 s.
Resultat och diskussion
Kopplingen Perseus är väl lämpad för många tillämpningar [1]. Som ett exempel visas resultaten från den ovan nämnda PTFE/grafit-föreningen - som till exempel kan användas som smörjmedel - [2]: figur 4 visar TGA-DSC-resultaten tillsammans med Gram-Schmidt-kurvan. Gram-Schmidt-kurvan visar intensitetsförändringen för hela den detekterade IR-absorptionen. Vid ca 349°C (topptemperatur) visar DSC-signalen en endotermisk effekt som beror på Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning av PTFE-innehållet. Mellan ca 480°C och 620°C sker en massförlust på 97,4% tillsammans med en endotermisk DSC-effekt och en topp i Gram-Schmidt-signalen. I detta område sker en pyrolytisk nedbrytning av PTFE-innehållet. Vid 870°C övergick gasatmosfären från inert till oxidativ, vilket ledde till en ExotermEn provövergång eller en reaktion är exoterm om värme genereras.exotermisk förbränning av grafitinnehållet på ca 2,1%. Den kvarvarande massan på ca 0,6% beror troligen på ett keramiskt fyllmedel.
Den "3D-kub" som presenteras i figur 5 visar IR-absorptionen som en funktion av vågtal och temperatur, tillsammans med TGA-kurvan. Under det första massförluststeget kan de välkända absorptionsbanden för tetrafluoretylen, C2F4, främst identifieras i området mellan 1100 cm-1 och 1400 cm-1 (samt spår av HF i området mellan 4000 cm-1 och 4200 cm-1). De band som upptäcktes under det andra massförluststeget, främst i intervallet mellan 2200 cm-1 och 2400 cm-1, kan hänföras tillCO2 som bildas under förbränningen. Slutligen visar figur 6 de karakteristiska integrationsspåren för C2F4 ochCO2 som en funktion av temperaturen, vilket återigen visar en utmärkt korrelation mellan massförluststeg och utvecklade gaser.
Slutsats
Det applikationsexempel som presenteras visar att Perseus möjliggör samtidig registrering av TGA och DSC och samtidigt detektering av de gaser som utvecklas med hjälp av FT-IR. De fullständiga resultaten från STA-FT-IR möjliggör kvantifiering och identifiering av varje provkomponent eftersom initialt oidentifierade gaser ofta kan identifieras med hjälp av en databassökning [1]. En mycket god korrelation mellan de detekterade massförluststegen och de utvecklade gaserna visades, vilket är en fördel med direktkopplingsgränssnittet. Sammantaget är den nya Perseus STA 449 F1 /F3 en högpresterande, direkt STA-FT-IR koppling utan någon överföringsledning som utmärker sig särskilt genom sin kompakthet.