复杂降解反应中TGA-GC-MS检测方案(热重分析仪)

利用TGA-GC-MS来对复杂降解反应进行分析 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TGA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GC进行分离，然后再经过MS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/SDTA8518-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/SDTA8519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 ASDTA，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/SDTA851°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 木品 (83.251mg) 放在900pl的带盖的氧化铝埚中，甘埚盖打孔。在氩气作为吹扫气体的气氛下，样品以10K/min被加 热。在TGA曲线(图3)上，可以看到在 图1： GC-MS (HP6890/HP5973) 与TGA/SDTA851联用时的气体导入系统 图2：TGA/SDTA851与GC-MS联用。用以将分解气体导入到GC-MS的气体毛细管镶嵌在加热管中。毛细管的入口紧靠TGA/SDTA8519中样品室中的样品。 300℃和500°℃之间，有一个宽的失重台阶。在DTG曲线上，480℃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°℃至500C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 1 5 六甲基环三硅氧烷八甲基环四硅氧烷 十二甲基环四硅氧烷 信心系数Q 十甲基四硅氧烷 9078909191 91 色谱图如图4所示。表1总结了由GC-MS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MS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。 图3：包含有硅树脂和酚醛树脂的泡沫样品的高温分解 结论 图4：在TGA中，包含有硅树脂和酚醛树脂的泡沫在440°C时分解产物的色谱图。在色谱图中不同峰所对应的化合物可以利用MS进行鉴别。 METTLER TOLEDO公司的TGA/SDTA851°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。 图5：包含有硅树脂和酚醛树脂的泡沫分解产物的相对量 梅特勒-托利多热分析用户通讯/第/