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利用TGA-GC-MS来对复杂降解反应进行分析

发布于:09-01

通过热重分析测试,我们可以得到材料热行为的很多重要的定量信息。简单的反应,如脱水过程,通过一个TGA实验就可以很好的加以说明。介绍通过热重分析测试,我们可以得到材料热行为的很多重要的定量信息。简单的反应,如脱水过程,通过一个T?GA实验就可以很好的加以说明。为了阐明一个比较复杂的反应,TGA经常与质谱仪(MS)或红外(IR)联用以鉴别样品在分解过程中所释放的气体。但是,对于比较复杂的材料,如合成初期得到的样品、聚合物、沥青等,它们降解时会产生气体的混合物。在这种情况下,采用MS或FTIR分析就很难对气体中的各个要素进行鉴别,而采用GC-MS的联用系统则可以得到很多重要的信息。样品降解时,同时挥发出的气体可以先经过G?C进行分离,然后再经过M?S进行产物的鉴别。 ??在本论文中,我们采用的联用系统为TGA/SDTA851e-Hewlett?Packard(HP)GC-MS(HP6890和HP5973)。 实验TGA/SDTA851e-GC-MS组合采用了一个特殊设计的气体导入系统,这使得GC-MS可以不必要依赖于TGA/SDTA851e而操作,另外,这也提供了更多的样品制备的选择性(吸附,解吸附等)。对于T?G?A/S?D?T?A,有六种不同的样品收集管道可供选择,它们可被用来在热重分析测试的不同阶段来收集挥发出的不同气体。通过管道阀门的开关,可以使收集管道中的气体充满或排空。此开关是由GC-MS系统触发的,这就保证了自动化操作的可能性。为了防止冷凝,收集管道、转移连接线、阀门等气体流经的路线都被加热到290°C。图1和图2显示了GC-MS与TGA/SDTA851e联用的气体导入系统。


对包含有硅树脂和酚醛树脂的泡沫进行TGA-GC-MS分析样品(83.251mg)放在900μl的带盖的氧化铝坩埚中,坩埚盖打孔。在氩气作为吹扫气体的气氛下,样品以10K/min被加热。在T?G?A曲线(图3)上,可以看到在300°C和500°C之间,有一个宽的失重台阶。在DTG曲线上,480°C左右的一个小平台表明在整个区域内,两个过程发生了重叠。基于TGA/DTG的这些信息,我们决定选取300°C至500°C的温度区域进行GC-MS分析。


从350°C以后,每隔3min对分解所得到的气体进行一次分析。从降解的产物中,可以识别出不同的线性或环状甲基硅氧烷。这些是样品中硅树脂部分所特有的。在440°C时所得到的降解产物的色谱图如图4所示。表1总结了由GC-M?S识别的,在GC谱图中各个峰所对应的化合物。信心系数Q,表明了由M?S识别的准确性;Q值为100表明MS的识别100%正确。


色谱图表明,在高温分解过程中,泡沫的硅树脂部分连续的分解出气体,这些分解产物形成的时间可以利用色谱图上的保持时间以及峰的面积来加以分析。图2显示了各分解产物形成的曲线。


此处使用的色谱柱,只能够用来分析泡沫中硅树脂部分的分解产物。如果要分析酚醛树脂部分的分解产物(例如二氧化碳、甲烷等),则必须选用不同的色谱柱。 [align=center][/align] 结论METTLER?TOLEDO公司的TGA/SDTA851e可以方便的与GC-MS联用。这项技术的优点就在于即使对于复杂的降解反应,也可以对降解产物进行识别,并且在理论上可以进行量化。因此对于复杂的降解过程来讲,TGA-GC-MS系统是一个十分有力的、通用的工具。

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