Termická analýza Excellence

Transkript

1 Termická analýza Excellence TGA/DSC 2 STAR e System Moderní technologie Všestranná modularita Švýcarská kvalita Termogravimetrie pro bezkonkurenční výkon

2 TGA/DSC Excellence Bezkonkurenční výkon s vahami světového výrobce Termogravimetrie (TGA) je technika, která měří změny v hmotnosti vzorku při ohřevu, chlazení nebo konstantní teplotě. Jejím hlavním použitím je charakterizace materiálu z hlediska jeho složení. Aplikační oblasti zahrnují plasty, elastomery, termosety, minerální látky a keramiku, a také široký rozsah analýz ve farmaceutickém a chemickém průmyslu. Vlastnosti a výhody TGA/DSC 2: Vysoké rozlišení rozlišení na mikrogramy v celém rozsahu měření Efektivní automatizace nejspolehlivější robotický podavač Široký rozsah měření měření malých a velkých vzorků Široký rozsah teplot analýza vzorku od teploty okolí do 1600 C Mikrováhy METTLER TOLEDO spolehněte se na váhy technologické špičky v oboru Měření toku tepla DSC pro simultánní detekci termických změn Plynotěsná cela zaručuje přesně definované podmínky měření Speciální techniky analýza uvolněných plynů pomocí MS a FTIR Modulární koncept řešení šitá na míru pro současné i budoucí aplikace Díky své modulární konstrukci je TGA/DSC 2 ideální přístroj pro manuální a automatickou obsluhu v provozu, jištění jakosti nebo pro výzkum a vývoj. TGA s moderní řadou ultramikrovah METTLER TOLEDO s unikátní technologií vnitřních kalibračních závaží zajištuje nepřekonatelnou přesnost. 2

3 Unikátní senzory Srdce přístroje MultiSTAR TGA/DSC senzory Chcete-li současně se změnou hmotnosti měřit i tepelný tok (DSC), můžete si vybrat mezi třemi následujícími senzory: SDTA senzor se skládá z platinové podložky s termočlánky, které měří teplotu vzorku. METTLER TOLEDO Inside Srdcem TGA je váhový snímač. Naše TGA přístroje používají mikrováhy a ultramikrováhy METTLER TOLEDO, které jsou nejlepší na trhu. Interní justážní závaží zajištuje nejvyšší přesnost. Váhy můžete také kalibrovat nebo justovat externím závažím. DTA sensor měří teplotu vzorku a referenční teplotu. Podložka je vyrobena z platiny. Diferenční měření zlepšuje poměr signálu senzoru k šumu. DSC sensor obsahuje šest termočlánků umístěných přímo pod ochrannou keramickou podložkou, které měří teplotu vzorku a referenční teplotu. Technologie senzoru MultiSTAR DSC senzor je založen na unikátní zesilovací senzorové technologii MultiSTAR. Šest termočlánků generuje větší měřicí signál, který zlepšuje poměr signálu k šumu. Se všemi třemi typy senzoru je tepelný tok stanoven z vypočteného nebo naměřeného teplotního rozdílu. Stejně jako u klasické DSC, je tepelný tok kalibrován a justován za různých teplot pomocí certifikovaných referenčních materiálu. Snadné čištění senzoru Je to velmi snadné senzor odstranit, vyměnit a vyčistit. Vysoká teplotní přesnost Senzor teploty vzorku je přímo připojen k držáku kelímku a detekuje odchylky teploty ±0,25 K. Teplotní kalibrace a justování se provádí pomocí přesných bodů tání certifikovaných referenčních standardů namísto nejednoznačné definované Curieovy teploty. 3

4 Švýcarská kvalita Vysoký výkon zabudovaný již v základní konfiguraci Horizontální pícka Horizontální konstrukce pícky pomáhá minimalizovat možné turbulence způsobené tepelným vztlakem a proplachovacím plynem. Přesně definovaná atmosféra v pícce Plynotěsná cela muže být evakuována a proplachována definovanou plynovou atmosférou. Řízený uzavřený systém s přesně definovanými podmínkami jako tento, je základem pro získání jednoznačných informací a kvalitních výsledku. Ergonomický design Po manuálním vložení vzorku můžete nechat své ruce spočinout na ergonomicky tvarované ploše podpěry. SmartSens terminál Barevný dotykový displej umožnuje vizuální kontakt s přístrojem, dokonce i na dálku. Obrazovku lze přepínat bez dotyku aktivací infračervených senzorů SmartSens. Identifikujte váš nástroj umístěním popisek pod skleněný kryt v přední části displeje. 4

5 TGA DSC TMA Kompletní systém pro termickou analýzu Kompletní systém pro termickou analýzu zahrnuje čtyři různé techniky. Každá technika charakterizuje vzorky určitým způsobem. Kombinace všech výsledků zjednodušuje interpretaci. TGA měří hmotnostní křivku, DSC tepelný tok, TMA změnu délky a DMA modul. Všechna tato měření kvantifikují změnu jako funkci teploty nebo casu. DMA Významné servisní služby Společnost METTLER TOLEDO je hrdá, že nabízí vynikající přístroje a potřebnou podporu, abyste byli úspěšní ve svém pracovním oboru. Naši vyškolení servisní technici a obchodníci jsou připraveni a k dispozici pomáhat vám všemi způsoby: Při servisu a údržbě Při kalibraci a justování Školením a aplikačním poradenstvím Kvalifikací zařízení METTLER TOLEDO poskytuje také komplexní literaturu a aplikace pro termickou analýzu. 5

6 Vynikající výkon V celém teplotním rozsahu Inovace Paralelně vedená váha Paralelně vedená váha zajištuje, že pozice vzorku nemá vliv na měření hmotnosti. Pokud se během tání změní poloha vzorku, nedojde k žádné změně hmotnosti. Vynikající vážicí výkon Žádné jiné TGA nemůže měřit kontinuálně s rozlišením až 50 milionů bodů - změny hmotnosti 5 gramu vzorku jsou stanoveny na 0,1 μg. To znamená, že můžete měřit malé a velké vzorky se stejným vysokým rozlišením bez nutnosti měnit rozsah vážení. Termostatování Vážicí cela je temperovaná pro minimalizaci vlivu okolního prostředí. Kryostat slouží také k rychlému chlazení pícky. Popis 1 Těsnění 2 Kapilára reakčního plynu 3 Výstup plynu 4 Teplotní senzory 5 Topné těleso pícky 6 Senzor teploty pícky 7 Kroužky kalibračního závaží 8 Ochranný a proplachovací plyn 9 Temperované komora váhy 6

7 Plná automatizace Umožnuje celodenní provoz Podavač vzorku je velmi robustní spolehlivě pracuje 24 hodin denně, po celý rok. Automaticky a efektivně Všechny modely TGA/DSC 2 mohou být automatizovány. Podavač vzorků dokáže zpracovat až 34 vzorky, i když každý vzorek vyžaduje jinou metodu a různé kelímky. Plně automatické navažování Vzorky mohou být naváženy částečně nebo plně automaticky pomocí vnitřní TGA váhy v kombinaci s podavačem vzorků. Další váhu potřebujete, pouze pokud chcete měřit a navažovat vzorky současně. V prvním kroku se automaticky zváží všechny prázdné kelímky. Potom vložíte vzorek do každého kelímku, zopakujete automatický proces vážení a jste připraveni ke spuštění měření. Je to snadné. Všechny vzorky se pak zváží zcela automaticky. Vlastnosti a výhody: Až 34 pozice pro vzorky pozice dramaticky zvyšuje účinnost Jednoduchý a robustní design záruky spolehlivých výsledků Unikátní vosí příslušenství pro propíchnutí víčka hermeticky uzavřené kelímky jsou automaticky otevřeny před měřením Univerzální držák může zpracovávat všechny typy kelímku METTLER TOLEDO Žádná změna hmotnosti před měřením Podavač vzorků muže odstranit ochranné víčko z kelímku nebo propíchnout víčko hermeticky uzavřeného hliníkového kelímku před měřením. Tato jedinečná funkce zabraňuje příjmu nebo ztrátě vlhkosti mezi navažováním a měřením. Také chrání vzorky citlivé na kyslík před oxidací. 7

8 Modularita Investice do budoucnosti Pícky v různých velikostech a pro různé teplotní rozsahy Měření nehomogenních vzorků vyžaduje velké množství vzorku a tomu odpovídající velké objemy vzorku. Jak velká pícka (LF) a vysokoteplotní pícka (HT) umožnují používat kelímky s objemy až 900 μl. Sensory SF (1100 C) LF (1100 C) HT (1600 C) SDTA DTA DSC Nejvyšší teplotní přesnost Pro nejvyšší teplotní přesnost doporučujeme malou pícku s jeho zmenšeným objemem objemu (SF). To omezuje objem vzorku do 100 μl. Programově řízené přepínání plynu a průtoku plynu Průtoky plynu mohou být automaticky přepínány, monitorovány a řízeny. To umožnuje přepnout z inertního plynu na reaktivní plynnou atmosféru během měření. Konstrukce pro budoucnost Můžete upgradovat z jedné verze přístroje na jinou a přidat praktické příslušenství kdykoli v budoucnosti. Moduly požadované vybavení Váhy EGA XP1 XP1U XP5 XP5U (MS, FTIR) Sorpce TGA/DSC 2 (SF 1100 C) TGA/DSC 2 (LF 1100 C / HT 1600 C) Podavač vzorků Nevyžaduje žádné další moduly GC 10/20 regulátor průtoku GC 100/200 regulátor průtoku Chlazení kryostatem Pomocné techniky (MS, FTIR a Sorption) = volitelné Peripheral control nezbytné nezbytné Switched line socket volitelné 8

9 Hlavní příslušenství Zvýšení výkonu měření Pomocné techniky Všechny verze TGA/DSC 2 mohou být připojeny online ke hmotovému spektrometru nebo FTIR spektrometru. Analýza rozkladných produktu poskytuje další informace o vzorku. To umožnuje interpretovat naměřené křivky s vetší jistotou. TGA-MS Interface TGA-FTIR Interface. TGA-MS interface TGA-FTIR interface Sorpční analýza TGA lze upravit na sorpční TGA analyzátor během několika minut. To umožnuje měřit materiály za přesně definovaných podmínek relativní vlhkosti a teploty. Sorpční interface Velký sortiment kelímků Máme správné kelímky pro každou aplikaci. Kelímky jsou vyrobeny z různých materiálů s objemy od 20 až do 900 μl. Všechny různé typy mohou být použity s podavačem vzorků. měď hliník korund K dispozici jsou kelímky z těchto materiálů: safír zlato platina 9

10 Aplikační možnosti Mimořádně široký aplikační rozsah Termogravimetrie poskytuje kvantitativní informace o složení a tepelné stabilitě mnoha různých druhů materiálu. Metoda je rychlá a lze ji dokonce používat s velmi malými vzorky. Kromě hmotnosti vzorku TGA/DSC současně měří tepelný tok vzorku. To umožnuje přístroji detekovat tepelné efekty, které nejsou doprovázeny změnou hmotnosti, například tání, skelné přechody a přechody v pevném stavu. jsou plasty, stavební materiály, minerální látky, léčiva a potraviny. DSC signál muže být také kvantitativně vyhodnocen, a umožnuje tak vyhodnocení entalpií přechodu a reakcí. TGA/DSC je mimořádně všestranný nástroj pro charakterizaci fyzikálních a chemických vlastností materiálu za přesně řízených podmínek plynové atmosféry. To přináší cenné informace pro výzkum, vývoj a kontrolu kvality v mnoha oblastech, jako Příklady tepelných efektu a procesu, které mohou být stanoveny TGA/DSC TGA Kvantitativní analýzy obsahu (vlhkost, plniva, obsahu polymeru, materiály, atd.) Adsorpce a desorpce plynu Kinetika rozkladných procesu Sublimace a odparování Tepelná stabilita Oxidační reakce a oxidační stabilita Identifikace rozkladných produktu a rozpouštědel Sorpce a desorpce vlhkosti DSC Chování při tání Krystalizace Polymorfismus Fázové diagramy Skelné přechody Reakční kinetika Tepelná kapacita Entalpie reakcí a přechodu Pseudopolymorfismus Stanovení Curieovy teploty 10

11 Stanovení obsahu sádry v cementu Sádra, CaSO 4 2H 2 0, se používá jako retardér v cementu a vyskytuje se jako dihydrát a hemihydrát. Obě tyto sloučeniny lze analyzovat v cementu měřením vzorku v kelímcích utěsněných víčkem s 50 μm otvory. TGA křivka ukazuje dva kroky ztráty hmotnosti odpovídající dehydrataci sádrovce a hemihydrátu. Ztráty hmotnosti jsou snadněji stanoveny integrací píku na první derivaci (DTG) křivky. Obsahy dihydrátu a hemihydrátu stanovené tímto způsobem velice dobře souhlasí se specifikací výrobce. Rozbor pryže SBR U analýzy pryže se vzorek zahřívá nejprve do 600 C za inertních podmínek. Těkavé složky (plastifikátory,často oleje) se vypařují a pyrolýza polymeru začíná krátce poté při asi 400 C. Při 600 C je atmosféra pak přepnuta z inertní na oxidační, což způsobí hoření sazí. Anorganické složky zůstávají jako reziduum. Analyzovaný SBR vzorek v příkladu obsahuje 6,4 % plastifikátoru, 68,2 % polymeru a 21,8 % sazí. Rezidua (především oxid zinečnatý) činí 3,6 %. Termická analýza sádry Sádra, CaSO 4 2H 2 0, ztrácí svou krystalickou vodu pod 300 C. Uhličitan vápenatý přítomný jako nečistota se rozkládá při teplotě asi 700 C. Rozklad síranu vápenatého probíhá v několika krocích od asi 1200 C. Souběžně zaznamenaná DSC křivka ukazuje dva další efekty způsobené přechody v pevné fázi při asi 390 C a 1236 C: -CaSO 4 (anhydrit III) na -CaSO 4 (anhydrit II), a -CaSO 4 na -CaSO 4 (anhydrit 1). Ten taje mírně pod 1400 C a je pozorován jako ostrý endotermní pík. 11

12 Kaolinit Kaolin je bílý minerál, používaný v průmyslu papíru, jako plnivo v plastech a na výrobu porcelánu. Hlavní složkou kaolinu je kaolinit, Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4, který dehydroxyluje mezi 450 C až 600 C. To je důvod pro úbytek hmotnosti na TGA křivkách. Příklad ukazuje měření tří vzorku kaolinu s různými obsahy kaolinitu. DSC křivka pro kaolin A ukazuje malý pík v cca 575 C. Tento pík je charakteristický pro přechod v pevné fázi -křemene na -křemen. Exotermní pík při asi 1000 C odpovídá vzniku mulitu. Těkavost olejů Noack zkouška podle metody ASTM D 6375 slouží k posouzení těkavosti nebo ztráty odpařováním mazacího oleje v porovnání s referenčním olejem při určité teplotě. Postup je uveden na obrázku. Referenčnímu oleji trvá 11,9 min, než ztratí specifikovaných 10,93 % hmotnosti. Testovaný olej ztrácí do té doby pouze 8,8 % své hmotnosti. Jeho Noack těkavost je tedy 8,8 %. Tato metoda umožnuje rychlé a spolehlivé charakterizace těkavosti oleje. Zbytková rozpouštědla ve farmaceutických látkách Mnoho farmaceutický látek je rekrystalizováno z rozpouštědla. V důsledku toho často zůstávají v produktu zbytky rozpouštědel. Kombinované techniky, například TGA-MS jsou ideální pro detekci a identifikaci takového nežádoucí rezidua. V příkladu byl použit metanol a aceton pro rekrystalizaci aktivní látky. Přítomnost těchto dvou látek je potvrzena píky při 43 m/z a 31 m/z křivky iontových fragmentu. Výsledky ukazují, že krok úbytku hmotnosti při 200 C je téměř výhradně způsoben eliminací acetonu. 12

13 Justování teploty a tepelného toku Justování teploty a tepelného toku se běžně provádí s certifikovanými čistými kovy. Zlato a platinu lze použít ke kalibraci a justování teploty a tepelného toku až do maximální teploty specifikované pro pícky TGA/DSC 1 (1100 C nebo 1600 C). Curieova teplota feromagnetických kovu lze využít také pro justování teploty. To však nedoporučujeme, protože Curieovy teploty nejsou jasně definovány, na rozdíl od bodu tání čistých kovů. MaxRes: vysoké rozlišení i při krátkém čase měření S MaxRes se mění rychlost ohřevu automaticky v závislosti na rychlosti změny hmotnosti. To umožnuje optimální oddělení překrývajících se kroky ztráty hmotnosti v nejkratší možné době. Příklad kroku ukazuje dehydrataci pentahydrátu síranu měďnatého. První dva kroky ztráty hmotnosti při 25 K/min, nejsou řádně odděleny. Pomocí MaxRes, je oddělení zřetelně lepší než 5 K/min, přestože doba měření je mnohem kratší. Stanovení obsahu plastifikátoru v eleastomerech Oleje se často používají jako změkčovadla v elastomerech. Obvykle se olej odpařuje ve stejném rozmezí teploty, kde začíná rozklad elastomeru, takže bylo těžké kvantifikovat obsah oleje. V takových případech se měří vzorky elastomeru při sníženém tlaku pro oddělení obou efektu. Příklad ukazuje křivku ztráty hmotnosti SBR vzorku s a bez oleje za normálního tlaku a při 12 mbar. Tlak téměř neovlivňuje naměřenou křivku SBR bez oleje. Naproti tomu, když je měřen SBR vzorek s olejem za sníženého tlaku, skupenské teplo varu oleje a rozklad elastomeru jsou téměř zcela odděleny. 13

14 TGA/DSC 2 Specifikace Teplotní data Malá pícka (SF) Velká pícka (LF) Vysokoteplotní pícka (HT) Teplotní rozsah RT 1100 C RT 1100 C RT 1600 C Teplotní přesnost 1) ± 0,25 K ± 0,3 K ± 0,5 K Teplotní preciznost 1) ± 0,15 K ± 0,2 K ± 0,3 K Rozlišení teploty pícky 0,001 K 0,001 K 0,002 K Doba ohřevu 5 min (RT 1100 C) 10 min (RT 1100 C) 10 min (RT 1600 C) Doba chlazení 20 min 20 min ( C) 22 min ( C) 27 min ( C) Doba chlazení s heliem 10 min ( C) 11 min ( C) 13 min ( C) Rychlost ohřevu 2) 250 K/min 150 K/min 100 K/min Rychlost chlazení 2) -20 K/min ( 150 C) -20 K/min ( 150 C) -20 K/min ( 200 C) Objem vzorku 100 μl 900 μl 900 μl Speciální módy Automatizace Vakuum MaxRes volitelný TGA-MS TGA-FTIR TGA sorpce ne volitelný Data váhy XP1 / XP5 XP1U / XP5U Rozsah měření 1g / 5g 1g / 5g Rozlišení 1,0 μg 0,1 μg Přesnost vážení 0,005% 0,005% Preciznost vážení 0,0025% 0,0025% Vnitřní kroužkové závaží 2 Reprodukovatelnost blank křivky lepší než ± 10 μg v celém teplotním rozsahu Kalorimetrická data Data senzoru Typ senzoru SDTA DTA DSC (typické hodnoty) Materiál povrchu platina platina keramika Počet termočlánků Časová konstanta signálu při 900 C 15 s 14 s 14 s Citlivost 0,5 mw 0,2 mw 0,1 mw Rozlišení teploty pícky 0,005 K 0,0001 K 0,00003 K Reprodukovatelnost entalpie (směrodatná odchylka) lepší než 5% Vzorkování Rychlost vzorkování maximálně 20 hodnot/sekundu Schválení Bezpečnost IEC/EN :2001, IEC/EN :2003 CAN/CSA C22.2 No & UL Std No A-1 (2. vydání) EMC EN :2006 (trída B) EN :2006 (průmyslové prostředí) FCC, část 15, třída A AS/NZS CISPR 22, AS/NZS ) Založeno na kovových standardech 2) Závisí na konfiguraci přístroje Další informace Česko Slovensko Mettler-Toledo, s. r. o. Třebohostická 2283/2, Praha 10 Tel.: , Fax: Servis: , sales.mtcz@mt.com Mettler-Toledo, s. r. o. Hattalova 12, Bratislava Tel.: , 22, Fax: Servis: , predaj@mt.com Technické změny vyhrazeny 09/2014 Mettler-Toledo, s.r.o., Vytištěno v České republice