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氮氣發(fā)生器應(yīng)用之熱分析

閱讀:1585      發(fā)布時間:2021-3-31
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自20世紀(jì)60年代初商用熱分析儀器問世,熱分析經(jīng)過了50多年的發(fā)展,在樹脂、塑料、橡膠、食品、藥物、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,主要用于在研發(fā)、工藝和質(zhì)控等過程中研究樣品的物理變化、不同類型的轉(zhuǎn)變、填料及添加劑的影響、生產(chǎn)條件的影響等。
熱分析包括了在受控溫度程序下研究物質(zhì)的物理性質(zhì)變化與時間關(guān)系的一系列技術(shù)。主要的熱分析技術(shù)有差示掃描量熱法(DSC),熱重分析法(TGA),熱機械分析法(TMA),和動態(tài)機械分析法(DMA)等,研究時使用單一技術(shù)或多種技術(shù)結(jié)合測試以對樣品有較為全面的了解。
氮氣是熱分析中常用的惰性氣體。分析過程中,氮氣起到保護精密天平、保護加熱元件、傳感器等部件的作用。
例如,TGA的核心是天平,需要始終通入符合要求的保護氣來保護天平,以防止樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時,可能會產(chǎn)生對天平有破壞作用的氣體,以維持天平的平穩(wěn)。
 一般作為保護氣的氮氣,要求純度高、流量及壓力穩(wěn)定、不與樣品發(fā)生反應(yīng)、不引起硬件損壞、不能造成基線漂移或影響儀器靈敏度,且氣體安全,不與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng),沒有爆炸或中毒的風(fēng)險。
自20世紀(jì)60年代初商用熱分析儀器問世,熱分析經(jīng)過了50多年的發(fā)展,在樹脂、塑料、橡膠、食品、藥物、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,主要用于在研發(fā)、工藝和質(zhì)控等過程中研究樣品的物理變化、不同類型的轉(zhuǎn)變、填料及添加劑的影響、生產(chǎn)條件的影響等。
熱分析包括了在受控溫度程序下研究物質(zhì)的物理性質(zhì)變化與時間關(guān)系的一系列技術(shù)。主要的熱分析技術(shù)有差示掃描量熱法(DSC),熱重分析法(TGA),熱機械分析法(TMA),和動態(tài)機械分析法(DMA)等,研究時使用單一技術(shù)或多種技術(shù)結(jié)合測試以對樣品有較為全面的了解。
氮氣是熱分析中常用的惰性氣體。分析過程中,氮氣起到保護精密天平、保護加熱元件、傳感器等部件的作用。
例如,TGA的核心是天平,需要始終通入符合要求的保護氣來保護天平,以防止樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時,可能會產(chǎn)生對天平有破壞作用的氣體,以維持天平的平穩(wěn)。
 一般作為保護氣的氮氣,要求純度高、流量及壓力穩(wěn)定、不與樣品發(fā)生反應(yīng)、不引起硬件損壞、不能造成基線漂移或影響儀器靈敏度,且氣體安全,不與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng),沒有爆炸或中毒的風(fēng)險。
氮氣對熱分析測試結(jié)果的影響:
TGA
實驗條件:
1)樣品:原料樹脂
2)方法:溫度范圍50.0?C - 700.0℃,20.00K/min,N2 50.0 ml/min
結(jié)果分析:
圖二為TGA測試原料樹脂的分解曲線,溫度范圍50.0?C - 700.0?C,升溫速率20K/min,70µl氧化鋁坩堝,保護氣體氮氣流量為50ml/min。
正常的TGA曲線應(yīng)如圖二中的黑色3rd曲線,個臺階低于300?C,有少量失重,對應(yīng)的是少量揮發(fā)性成分的丟失。在300?C - 350?C之間出現(xiàn)的是樹脂的高溫分解,有較大比例成分的失重量,對應(yīng)于高分子的組分含量。隨著溫度進一步升高,樣品會進一步分解并再次出現(xiàn)不同成分的失重。
但若保護氣氛的氮氣純度不夠,則會造成如圖二中的藍(lán)色1st、紅色2nd 的曲線結(jié)果,樣品在高溫分解后期與氣氛中的雜質(zhì)O2發(fā)生反應(yīng)而出現(xiàn)增重,導(dǎo)致曲線漂移,影響結(jié)果的判斷。
因此,選擇純度可靠、供氣穩(wěn)定的氮氣發(fā)生器供應(yīng)氮氣,可為儀器內(nèi)部提供穩(wěn)定的氣氛,保障實驗結(jié)果的可靠性。
DSC
實驗條件:
1)樣品:藥物粉末
2)方法:溫度范圍25.0℃ - 180.0℃,10.00K/min,N2 50.0ml/min
結(jié)果分析:
圖三為DSC測試藥物粉末的分解曲線,溫度范圍25.0℃ - 180.0?C,升溫速率10K/min,40µl鋁坩堝,保護氣體N2流量50ml/min。
用DSC測試藥物粉末樣品時發(fā)生的熱效應(yīng)可以表征此物質(zhì)的特征。如圖三所示,隨著程序升溫,樣品吸熱,從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài),發(fā)生熔融,熔融過程中吸收熱量1169.36mJ, 熔融峰為151.16℃,峰形尖銳,分辨率高。
在良好的氮氣氣氛保護下,其加熱元件、傳感器工作狀態(tài)良好,可從圖中看出DSC曲線其基線穩(wěn)定,沒有因氣流不穩(wěn)而導(dǎo)致的基線波動的情況出現(xiàn)。

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