Giriş
Farklı malzemelerin ısıl işlemi, agresif bir kokuya sahip olan ve bronş sistemine saldırabilen amonyak salınımına yol açabilir. Amonyak salınımına çeşitli farklı süreçler neden olabilir. Bunlar, tuzların termal ayrışmalarından yanan tütünden çıkan dumanlara ve poliamidler (PA) gibi polimerlerin pirolizi ve şişirme maddeleri gerektiren plastik köpüklerin imalatına kadar uzanmaktadır. İkinci kategorinin yaygın olarak bilinen bir ürünü yoga matlarıdır. Amonyak salınımı, tuzlar oluştuğunda sülfürik asit ve nitrik asit ile reaksiyona girerek ince toz oluşturabilir. Çevrede amonyak salınımı toprağın asitleşmesine yol açabilir. Çevredeki amonyağın ana kaynaklarından biri tarım, özellikle de gübre ve azot içeren mineral gübre ile gübrelemedir.
Bu nedenle, salınan amonyağın miktarının belirlenmesi birçok uygulamada önemli olmuştur. Sıcaklığa bağlı amonyak salınımı, TGA-FT-IR eşleşmesi yoluyla kolayca tespit edilebilir. Salınan amonyak kısmını ölçmek için, bilinen bir amonyak konsantrasyonuna sahip bir calibration eğrisi gereklidir. Bunun için uygun bir bileşik amonyum bikarbonattır, çünkü su ve karbondioksit salınımına ek olarak stokiyometrik bir oranda amonyak salmaktadır; bkz. denklem (1). Sadece gaz halinde bileşikler üretilir:
(1) NH4HCO3->NH3 + H2O+ CO2
Calibration Eğrisi Nasıl Oluşturulur
Bu çalışmayı gerçekleştirmek için bir NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® kullanılmıştır. Amonyum bikarbonatın ısıtılması, 127°C'de kütle kaybı oranında bir tepe noktası ile 200°C'de tamamen ayrışmayla sonuçlanmıştır (tablo 1'deki ölçüm koşullarına göre).
Tablo 1: Calibration eğrisini oluşturmak için ölçüm koşulları
| Parametre | NH4HCO3 | |||
| Sıcaklık programı | RT - 200°C, 5 K/dak | |||
| Akış hızı | 40 ml/dak | |||
| Örnek tutucu | Standart numune taşıyıcı | |||
| Gaz atmosferi | Azot | |||
| Pota | Al2O3 (85 μl) açık | |||
| Örnek kütle | 5.31 mg | 10.16 mg | 15.01 mg | 20.50 mg |
Kütle kaybıyla bağlantılı olarak, IR aktif gazların salınımı tespit edilmiştir; bkz. şekil 1.
Şekil 2, 130°C'de (yeşil) ölçülen FT-IR spektrumunu library amonyak (zeytin), su (mavi) ve karbondioksit (kırmızı) spektrumlarıyla korelasyon içinde göstermektedir. Bu bileşiklerin sıcaklığa bağlı salınımı şekil 1'de izler olarak çizilmiştir. Bu izler, tüm sıcaklık aralığı boyunca her bir bileşik için FT-IR spektrumlarının renkli bölgelerinin (bkz. Şekil 2) entegrasyonu ile oluşturulmuştur. FT-IR spektrumlarının bu bölgeleri NH3 (898 cm-1 - 981 cm-1),CO2 (2200 cm-1 - 2450 cm-1) veH2O(3793 cm-1 - 4001 cm-1) için ayrıydı ve diğer bileşiklerden gelen bölgelerle örtüşme yoktu.
Tablo 2, amonyum bikarbonatın örnek kütlesine göre salınan gazların stokiyometrik olarak hesaplanan miktarlarını göstermektedir.
Sonuç olarak, şekil 1'deki NH3,CO2 veH2Oizlerinin altındaki alanlar salınan gazların miktarıyla ilişkilendirilebilir; denklem (1) ile karşılaştırın. Bu, NH3,CO2 veH2Oiçin izlerin altında tespit edilen alanın salınan gaz miktarıyla ilişkili olduğu calibration eğrilerine yol açar; bkz. şekil 3. FT-IR yalnızca small doğrusal aralığa sahip olduğundan, bu durum her üç gaz molekülü için belirleme katsayıları (R2) 1'e çok yakın olan polinom denklemleri ile sonuçlanır. Bu çalışmada, her numune kütlesi yalnızca bir kez ölçülmüştür. Ölçümlerin tekrarlanması veya daha fazla veri noktası trend çizgisinde daha da yüksek doğruluk sağlayacaktır.
Tablo 2: Numune kütlesi ve elde edilen stokiyometrik evrimleşmiş gaz miktarları
| m (NH4HCO3) [mg] | m (CO2) [mg] | m (NH3) [mg] | m (H2O) [mg] |
| 5.31 | 2.96 | 1.14 | 1.21 |
| 10.16 | 5.66 | 2.19 | 2.31 |
| 15.01 | 8.36 | 3.23 | 3.42 |
| 20.50 | 11.42 | 4.41 | 4.67 |
Calibration Eğrisinin Doğruluğu Nasıl Test Edilir
Calibration eğrisinin doğruluğu, 15,22 mg tanımlanmış numune kütlesi ile NH4HCO3 üzerinde yapılan başka bir ölçüm ile kontrol edilmiştir. Teorik NH3,CO2 veH2Omiktarları, calibration eğrisi kullanılarak hesaplanan NH3,CO2 veH2Odeğerleriyle karşılaştırılmıştır. Bu, NH3 için %0,8 ileH2Oiçin %4,9 arasında hata değerleri vermiştir; bkz. tablo 3.
Bir Üfleme Maddesinin İncelenmesi - Teorinin Uygulamaya Geçirilmesi
Bir sonraki adımda, elde edilen ve doğrulanan calibration eğrileri, calibrated gazlarının bilinmeyen miktarlarının salınımını ölçmek için kullanılabilir.
Azodikarbonamid, polimer köpükler üretmek için bir şişirme maddesi olarak kullanılır (yapı için bkz. Şekil 4). PVC köpüklerin ve EVA-PE köpüklerin üretiminde kullanılır; burada N2, CO,CO2 ve NH3 açığa çıkardığı için işlem sıcaklıklarında ayrışarak kabarcıklar oluşturur. Vinil köpük kolayca sıkıştırılır ve yüksek ve hızlı toparlanma gösterir, bu nedenle genellikle "yaylı" olarak adlandırılır. Ayrıca pürüzsüz yüzeylere yapışır. Bu nedenle halı altlığı, yer paspasları ve yoga matları için kullanılır.
Bu şişirici maddenin kullanıldığı polimerlerin su ile temas etmesine izin verilmez. NH3 ve su NH4OHoluşturabilir ve çevreyi korozyona uğratabilir. Bu nedenle, bu şişirme maddesinden kaynaklanan amonyak miktarının belirlenmesi büyük ilgi çekmektedir.
Tablo 3: Hata tespiti, teorik ve hesaplanan miktarların karşılaştırılması
Teorik (mg) | Hesaplanan (mg) | Hata (%) | |
| m (NH4HCO3) | 15.22 | ||
| m (NH3) | 3.28 | 3.30 | 0.801 |
| m (CO2) | 8.48 | 8.76 | 3.28 |
| m (H2O) | 3.47 | 3.31 | 4.86 |
5,25 mg azodikarbonamid örneği azot atmosferinde 5 K/dak hızla 400°C'ye ısıtılmıştır. Elde edilen termogram şekil 5'te görülebilir. DTG eğrisinde 219°C, 245°C ve 304°C'de tepe noktaları ile toplamda %56,5, %11,5 ve %29,6'lık üç kütle kaybı adımı gözlemlenmiştir.CO2 ve NH3 izleri şekil 1'deki NH4HCO3 ile aynı şekilde oluşturulmuş ve kırmızı ve zeytin rengi ile gösterilmiştir. Bu, hemCO2 hem de NH3 'ün çeşitli kütle kaybı adımları sırasında salındığını ve yalnızca TGA adımlarıyla ölçülemeyeceğini göstermektedir. Bu bileşiğin miktarının belirlenmesi için evrimleşmiş gaz analizinden elde edilen veriler gereklidir. Calibration eğrisi kullanılarak salınan amonyağın hesaplanması 0,22 mg NH3 (%4) ile sonuçlanmıştır. Ayrıca, salınanCO2 miktarı da aynı şekilde hesaplanabilir ve 2,78 mg (%53) olarak sonuçlanır. Bu bilgi, köpürme sırasında tüm şişirme maddesi miktarının salındığından emin olmak için üretim süreci açısından değerlidir. Üründe small izleri kalırsa, daha fazla salınımı başlatmak için 219°C'den daha yüksek sıcaklıklar gereklidir.
Sonuç
Termogravimetri ve kızılötesi spektroskopinin kombinasyonu, su, karbondioksit ve amonyak gibi kalıcı gazların salınımını tespit etmek için uygun bir yöntemdir. Burada sadece tanımlama değil, aynı zamanda miktar belirleme de ilgi çekici olabilir. Bu amaçla, bilinen bir malzeme ile bir calibration eğrisi oluşturulmalıdır. Bu örnekte, amonyum bikarbonat bu gereklilikleri mükemmel bir şekilde yerine getirmektedir. NH4HCO3'ün üç farklı kısmının ayrıştırılmasıylaH2O,CO2 ve NH3 için eş zamanlı olarak Calibraiyon eğrileri oluşturulabilir. İncelenecek sapmalar beşinci bir ölçümle belirlenmiştir. Bu preparatla, polimer köpükler için kullanılan şişirme ajanı azodikarbonamidden gelen bilinmeyen NH3 veCO2 miktarlarını tanımlamak ve ölçmek mümkün olmuştur.