Giriş
Güvenilir ve tutarlı sonuçlar için yüksek saflıkta kimyasalların ve malzemelerin kullanılması şarttır. Polimer analizi, ilaç endüstrisi veya malzeme bilimi gibi çok sayıda araştırma ve endüstriyel uygulamada, en küçük kütle kayıplarının bile hassas bir şekilde tespit edilmesi kritik öneme sahiptir. En yüksek saflık gereksinimlerini bile karşılamak için doğru kalite kontrolü çok önemlidir ve termogravimetri veya eşzamanlı termal analiz tam da bu noktada devreye girer. Termogravimetri (TGA), örneğin bileşimi belirlemek için kullanılan hassas ve duyarlı bir analitik yöntemdir. Tipik olarak, standart bir ölçüm için 20 ila 30 mg'lık bir numune kütlesi kullanılır.
Bir maddenin en küçük izlerini tespit etmek için NETZSCH Proteus® yazılımına entegre edilmiş olan Artık Değer fonksiyonu kullanılabilir (bkz. ilgili uygulama notu AN 182). Ancak bu yöntem, numunenin birden fazla kütle kaybı adımı gösterip göstermediği konusunda kesin sonuçlar vermez.
Alternatif bir yaklaşım, mutlak kütle kaybını artırmak için ölçümün başında mümkün olan en yüksek numune kütlesini kullanmaktır. Yaklaşık %0,01'lik small kütle kayıplarını belirlemek için standart krozeler (85 μl) kullanıldığında, düşük kroze hacmi nedeniyle hızlı bir şekilde sınırlamalarla karşılaşılır.
Analitik doğruluğu ve metodolojik esnekliği optimize etmek için NETZSCH, 85 μl ila 10 ml arasında değişen hacimlerle mümkün olan en geniş sıcaklık aralığına uygun çok çeşitli alümina krozeler sunmaktadır (bkz. Şekil 1). Daha büyük kroze hacimleri, daha yüksek bir mutlak numune kütlesine izin verdiğinden, minimum kütle kayıplarını tespit etmek için özellikle uygundur.
Deneysel Bölüm ve Sonuçlar
Yaklaşık %0,01'lik kütle kaybı adımlarının NETZSCH STA kullanılarak tespit edilebileceğini göstermek için, 9,96 mg kalsiyum oksalat monohidrat (CaC₂O₄-H₂O) ile doldurulmuş bir alümina kroze (85 μl), daha önce 15,5 g Al₂O₃ küreleri ile doldurulmuş 10 ml'lik bir Al₂O₃ behere yerleştirilmiştir. Bu küreler sadece small kütle kaybına sahip bir model sistem kurmak için kullanılmıştır (Şekil 2). Kalsiyum oksalat monohidrat ısıtıldığında, birbirini izleyen üç kütle kaybı adımı tespit edilebilir: önce su salınımı (i), ardından CO salınımı (ii) ve son olarak CO₂ salınımı (iii).
(i) CaC2O4-H2O→ CaC2O4 +H2O
(ii) CaC2O4 → CaCO3 + CO
(iii) CaCO3 → CaO2 +CO2
Her bir adımın teorik kütle kayıpları, reaksiyonun stokiyometrik dengesi temel alınarak kolayca hesaplanabilir. Tablo 1'de her bir adımdaki teorik kütle kayıpları, ölçülen kütle kayıpları (numune ve inert malzeme kütlesine göre belirlenmiştir) ve numune kütlesine göre hesaplanan kütle kayıpları özetlenmiştir.
Deneysel olarak belirlenen kütle kayıplarının teorik olarak hesaplanan adımlarla karşılaştırılması, yalnızca tartılan kalsiyum oksalat monohidrat miktarının dikkate alınması koşuluyla mükemmel bir uyum göstermektedir.
Tablo 1: Kalsiyum oksalat monohidratın (CaC2O4-H2O) Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma adımlarının teorik ve ölçülen kütle kaybı
| Ayrıştırma Adımları | Teorik Kütle Kaybı | Model Numunenin Tespit Edilen Kütle Kaybı (9,96 mg CaC2O4-H2O+ 15.5369 g Al2O3 topları) | Tartılan C2O4-H2Omiktarına göre Tespit Edilen Kütle Kaybı |
|---|---|---|---|
| CaC2O4-H2O→ CaC2O4 +H2O | 12.32% | 0.008% | 12.40% |
| CaC2O4 → CaCO3 + CO | 19.16% | 0.012% | 19.04% |
| CaCO3 → CaO2 +CO2 | 30.11% | 0.019% | 30.26% |
Ancak, model sistem - yani kalsiyum oksalat monohidrat ve Al₂O₃ kürelerinden oluşan toplam numune kütlesi - dikkate alındığında, %0,01 aralığındaki minimum kütle kayıplarının bile NETZSCH STA kullanılarak güvenilir bir şekilde tespit edilebileceği anlaşılmaktadır.
Sonuç
Hassas ve tekrarlanabilir sonuçlar için yüksek saflıkta kimyasalların ve malzemelerin kullanılması şarttır. Bu saflık gereksinimlerini karşılamak için, eşzamanlı termal analiz yoluyla kalite kontrolü vazgeçilmez bir araçtır.
Geleneksel kroze hacimleri, özellikle %0,01 civarındaki eser safsızlıkları analiz ederken hızla sınırlarına ulaşır. NETZSCH, 85 μl'den 10 ml'ye kadar geniş bir kroze hacmi yelpazesiyle bu zorluğun üstesinden gelir. Bu esneklik, kullanıcıların ölçüm koşullarını ilgili numune boyutuna en iyi şekilde uyarlamalarını ve en küçük kütle kayıplarını bile güvenilir bir şekilde tespit etmelerini sağlar. Bu da en yüksek kalite standartlarının bile güvenle karşılanabilmesini sağlar. Bunun yanı sıra, uygulamanın esnekliği çok çeşitli kroze malzemeleri ile daha da artırılabilir (kroze hacimleri değişebilir).