🗊Презентация Современные инструментальные методы химического анализа. Часть 2. Хроматография, масс-спектрометрия, термоанализ

Современные инструментальные методы химического анализа Часть 2. Хроматография, масс-спектрометрия, термоанализ

Хроматография Хроматография

Хроматографические методы анализа Одни из самых распространенных методов инструментального анализа Открыты русским ботаником М. Цветом в 1906 году при анализе экстрактов растительных пигментов Методы основаны на разделении смесей веществ в растворе (в жидкости, газе и т.д.) на сорбентах Разделение происходит при прохождении раствора (подвижной фазы) над сорбентом (неподвижная фаза) и избирательной адсорбции анализируемых компонентов на сорбенте По типу подвижной фазы разделяют: Газовая хроматография (ГХ, GC) В отечественной литературе иногда называют газо-жидкостная хроматография, потому что сорбент – часто тонкий слой нелетучей жидкости на твердом носителе Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ, HPLC)

Принцип хроматографического разделения Смесь веществ в паровой фазе (ГХ) (переведены в пар в инжекторе) попадает в поток газа-носителя В случае ВЭЖХ смесь веществ вводится в поток жидкости, подаваемой насосом Потоком газа (жидкости) переносится по колонке На рисунке: Слоны, коровы и обезьяны уносятся потоком воды по руслу реки

Принцип хроматографического разделения Компоненты смеси разделяются в соответствии с «родством» (полярностью) к неподвижной фазе На рисунке: Слоны собираются у побережья острова где лежат орехи, коровы – где трава, обезьяны – где бананы

Принцип хроматографического разделения После разделения газ-носитель (или жидкость) выносит каждый компонент раздельно и последовательно Компоненты после разделения регистрируются детектором спустя определенное время выхода из колонки – время удерживания – специфичное для каждого компонента На рисунке: Слоны, коровы и обезьяны после разделения несутся потоком воды каждый в своей группе Учетчик стоя на мосту считает сколько каких животных проходит за какое время

Газовая хроматография Разделение летучих органических соединение Разделение происходит при переносе смеси соединений в паровой фазе над сорбентом инертным газом-носителем Прибор называется газовый хроматограф Основные части газового хроматографа:

Газовая хроматография Типы колонок Набивные Инжекторы Для набивных колонок Для капиллярных колонок – с делением потока Специализированные приставки для ввода пробы Парофазное дозирование Термодесорбционная приставка Твердофазная экстракция Термостат колонок С программированием температуры

Газовая хроматография Детектора Универсальные Масс-спектрометрические - MS Термокондуктометрические (катарометр) – TCD Селективные Пламенно-ионизационные (ПИД) – FID большинство органических веществ, сгорание в водородно-воздушном пламени Электронно-захватный (ЭЗД) – ECD Галогенсодержащие вещества, ионизация под действием радиоактивного излучения Азотно-фосфорный – NPD Специфичный для азот и фосфор-содержащих веществ Пламенно-фотометрический – FPD Специфичный для серо и фосфор-содержащих веществ Хемилюминесцентный – SCL Специфичный для серо-содержащих веществ Фотоионный – PID Специфичный для ароматических веществ И т.д.

Хроматограмма Хроматограмма – зависимость сигнала детектора от времени. На хроматограмме различают различные части: 1 – нулевая линия, полученная при регистрации сигнала детектора во время выхода чистого газа-носителя; 2 – пик несорбирующегося компонента; 3 – пик, полученный при регистрации сигнала во время выхода определяемого компонента. Пик ограничивается фронтом, соответствующим возрастанию концентрации компонента до максимальной, и тылом, отвечающим убыванию концентрации компонента в носителе

Качественный анализ в хроматографии

Количественный анализа в хроматографии Основывается на интегрировании площади пика компонента Выделяют два типа обсчета хроматографии Методом нормализации Методом внутреннего стандарта Метод нормализации - обсчет площади всех хроматографических пиков хроматограммы и приведении площади пика аналита к общей площади всех пиков хроматограммы: ωi = Si . ki / ∑ Si . ki . 100% , где ωi – массовая доля i-го компонента в смеси, %; Si – площадь пика i-го компонента; ki – поправочный коэффициент, определяемый чувствительностью детектора к i-у компоненту. Используется для смесей содержащих похожие компоненты и небольшое их количество Метод внутреннего стандарта – введение в смесь компонента с известной концентрацией, обсчет пика аналита в приведении к площади пика стандарта: ωi = ( Si . ki ) / ( Sст .  kст ) . R . 100%, где Sст – площадь пика вещества, введенного в качестве внутреннего стандарта; kст – его поправочный коэффициент; R – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы. Используют для смесей, где необходимо определить небольшое количество (не все) компонентов или где нет возможности обсчитать все компоненты или нет информации о выходе или свойствах компонентов

Модели газовых хроматографов Clarus

Модели газовых хроматографов Clarus

Turbomatrix – приставки для газовой хроматографии Дозаторы равновесного пара

Дозаторы равновесного пара Turbomatrix

Нагнетание давления во флакон

Загрузка ловушки

Повторное нагнетание давления

Повторная загрузка ловушки

Продувка для осушки

Десорбция ловушки

Семейство термодесорберов TurboMatrix TurboMatrix 100 TD – один образец и ручная пневматика TurboMatrix 150 ATD – автодозатор на 50 трубок и ручная пневматика TurboMatrix 300 TD – один образец и программное управление пневматикой (PPC) TurboMatrix 350 ATD – автодозатор на 50 трубок и программное управление пневматикой (PPC) TurboMatrix 650 ATD – автодозатор на 50 трубок, PPC и многообразие дополнительного оборудования для широкого диапазона применений

Двухстадийная термическая десорбция

Двухстадийная термическая десорбция

Термодесорберы Turbomatrix

Жидкостная хроматография Разделение органических соединений, растворенных в подвижной жидкой фазе Вода, метанол, ацетонитрил и т.д. Возможны различные смеси растворителей для улучшения растворения и разделения Разделение происходит при переносе растворов соединений в растворителе (подвижная фаза) через колонку с сорбентом Прибор называется жидкостной хроматограф Обычно состоят из нескольких модулей Основные модули жидкостного хроматографа: Насос (со смешением компонентов и простые) Вспомогательная система дегазации растворителей Система ввода (автосэмплер) Термостат колонок Детектор

Жидкостная хроматография Детектора УФ/Вид – детектирование на фиксированных длинах волн Диодная матрица – возможность сканирования УФ/Вид спектров Флуоресцентный – сканирование флуоресцирующих веществ Рефрактометрический – на основе коэффициента преломления Кондуктометрический – на основе электропроводности – неорганические компоненты Электрохимические По светорассеиванию и т.д. Масс-спектрометрические – квадрупольные, время-пролетные ИСП-ОЭС, ИСП-МС Радиометрические

Flexar FX-15 UHPLC насос Процесс разделения при 18,000 psi для большинства применений требующих UHPLC увеличивает производительности в 10 раз – до 5 мл/мин при 18,000 psi (124,1МПа)! «Зеленая» эффективность – расход элюента снижен в 10-15 раз

Дегазаторы Flexar Доступны три версии Без дегазации 3-х канальный дегазатор 5-х канальный дегазатор Может быть скомбинирован с любым насосом Flexar

Flexar автодозатор УВЭЖХ автодозатор до 15,000 psi ВЭЖХ Автодозатор работает до 6500 psi, Поддерживает 3 режима ввода: полное заполнение петли, частичное заполнение петли и забор µL-количества образца с возвратом неиспользованной пробы Лучшее в классе время цикла: в режиме частичного заполнения петли, отбор и ввод пробы занимает 8 секунд Низкая степень переноса загрязнения <0.01% 0.1 – 2500µL – объём инжекции 3 режима термостатирования: без термостатирвания от 4°C до комнатной температуры 4 - 40 °C

Flexar УФ/Вид Детекторы… Разработан для детектирования в УВЭЖХ 2.4 µL ячейка для высокого разрешения пиков в УВЭЖХ Детектирование со скоростью до 100 тчк/с для фиксирования самых быстрых пиков в УВЭЖХ

Flexar – новый детектор PDA Plus Aurora ХАРАКТЕРИСТИКИ Диапазон длин волн 190 – 790 nm Точность установки ± 0.5 nm Оптическое разрешение 4 nm Количество фотодиодов 1024 Цифровое разрешение 0.6 nm Линейность <3% при 2 AU Шум базовой линии <8 μAU Дрейф <0.5 mAU/hr Скорость сбора данных 0.5 - 200 Hz Дизайн ячеек – пропускание света через центр кюветы «световода» с жидкостью Длинна оптического пути 10 или 50 мм Объем ячейки 1 или 5 μl Максимальное давление 1500 psi Материалы ячеек Кварц, PEEK, PTFE AF

Flexar – новый детектор PDA Plus Aurora…картинки

Рефрактометрический и флуоресцентный детекторы… Устойчивый детектор общего назначения Высоко стабильный и чувствительный детектор основан на дифференциальном измерении показателя преломления чистого растворителя и раствора анализируемого вещества в этом растворителе. Используется при анализе слабо поглощающих в УФ и видимой областях спектра соединений, таких как полимеры, сахара, органические кислоты и триглицериды Температурно-стабилизированная проточная ячейка для стабильности базовой линии Автоoбнуление и автозаполнение сравнительной ячейки делает его простым в использовании

Flexar LC Термостаты колонок Три версии Только нагрев С элементами Пельтье (охлаждение и нагрев) С элементами Пельтье с переключением / выбором колонок Встроенный датчик утечки Интегрированный нагреватель/охладитель растворителя уменьшающий температурные градиенты Лучшие условия эксплуатации колонок Лучшая повторяемость времен удерживания Температурный диапазон от 30°C до 90°C (5°C до 90°C для Peltier), контролируемый с точностью 0.2°C во всем температурном диапазоне

Масс-спектрометрия Масс-спектрометрия

Основы ИСП Масс-спектрометрии При удалении электрона элемент превращается в положительно заряженный ион. Масс- спектрометр регистрирует ион. Каждый элемент имеет специфические изотопы.

Схема ИСП-Масс- спектрометра Источник ионов такой же , как в ИСП эмиссионном спектрометре Источник ионов - индуктивно-связанная аргоновая плазма (ИСП) Ионы разделяются в квадруполе масс- спектрометра и регистрируются детектором

Схема ИСП-масс спектрометра Nexion 2000 Чрезвычайную стабильность. Ионная оптика не требует чистки даже при концентрированных образцах QID компенсирует загрязнение конусов. Самые низкие фон и его шум 10x улучшение чувствительности на легких массах

Преимущества метода ИСП-МС Метод многоэлементного определения Наиболее низкие DL элементов Sub-ppt Лучшие по сравнению с методом ААС-ЭТА Имеет простые спектры, ограниченное число изотопов Высокоскоростной метод Определение >30 элементов в одном образце за 1-3 минуты Мало мешающих влияний Мешающие влияния предсказуемы и корректируются ПО Патентованная Динамическая Реакционная Система (DRC) позволяет исключить мешающие влияния

Ограничения метода ИСП-МС Верхний предел концентраций ниже, чем у метода ИСП-АЭС Загрязнения плазменного интерфейса Приводят к дрейфам Система требует большего обслуживания, чем ИСП эмиссионный спектрометр Для определения высоких концентраций требуется предварительное разбавление образцов Мешающие влияния для элементов : As, Se, Fe, Ca, K, Cr, V (но на уровнях недостижимых др.методами) Можно исключить , используя динамические или коллизионные ячейки Системы дороже по сравнению с ИСП-спектрометрами

Nexion 2000 – устранение недостатков метода ИСП-МС Новые методы устранения интерференции Новая Universal Cell Technology (Технология универсальной ячейки, ТУЯ) - инструмент с трех-режимной ячейкой Стандартный (STD) режим (без применения газа в ячейке) Уникальная вентилируемая ячейка дает правильные классические ICP-MS спектры Коллизионный режим (используется инертный газ в ячейке) Устраняет полиатомные интерферирующие ионы, используя Дискриминацию по Кинетической Энергии (KED) Реакционный режим (используется реакционный газ в ячейке) Отделяет ионы от интерферирующих изобарных и молекулярных ионов с использование целевых реакций в Динамической Реакционной Системе (DRC)

Universal Cell Technology (UCT™) Стандартный STD режим наиболее подходит для: Применений с небольшими наложениям на аналиты Для элементов с малой и большой массой

Universal Cell Technology (UCT™) Коллизионный (KED) режим наиболее подходит: Для переходных элементов первого ряда Приложений с общей интерференцией на умеренном уровне

Universal Cell Technology (UCT™) Реакционный (DRC) режим наиболее подходит для: Приложений с высоким уровнем наложений, требующих самого низкого фона (BEC) Приложений, требующих разделения атомных изобаров.

Квадрупольный масс-фильтр Последовательное, но быстрое получение спектра (сканирование) Требует вакуума для работы Его геометрия требует термостабильных материалов Он разделяет ионы по отношению массы к заряду Пики немного несимметричны Разрешение приблизительно 1 а.е.м.

Ионная оптика Фокусирует ионы на вход ячейки устранения фона или сразу в квадрупольный масс-анализатор Отделяет ионы от нейтралов (атомов, молекул, кластеров) присутствующих в ионном пучке Не дает возможность фотонам из плазмы попадать на детектор

Система детектирования Преобразует удары ионов в электрические импульсы, которые можно сосчитать. Двух-стадийный детектор с дискретным динодом используется во всех продаваемых ИСП-МС системах. Две стадии детектора работают одновременно, давая более 9 порядков линейного динамического диапазона.

Хромато-масс спектрометрия Разделение и детектирование ионов на основе отношения масса/ заряд Метод идентификации соединений в хроматографии Основные части масс-спектрометра Система ввода образца Источник ионов Масс-анализатор – вакуумная система Квадрупольный (Q) Время-пролетный (TOF) Детектор – электронный умножитель

Хромато-масс спектрометрия Методы ввода и источники Летучие соединения Электронный удар (EI) Химическая ионизация (CI) Нелетучие соединения Электроспрей (ESI) APCI MALDI

Источник для ГХ-МС (Clarus SQ8)

Электроспрей: после выхода из капилляра раствор превращается в заряженные микрокапли, после испарения из них растворителя капли сталкиваются с нейтральными молекулами газа и распадаются с образованием ионов

Квадрупольный масс-фильтр

Схема квадрупольного масс-спектрометра (Flexar SQ300) Источник ионов

Масс-спектрометр QSight (МС/МС)

Время-пролетный масс-фильтр (TOF)

AxION: время-пролетный масс-детектор с ионной оптикой и вакуумной системой

Уникальные особенности ESI - AxION 2 TOF

Уникальные особенности ESI - AxION 2 TOF

Уникальные особенности ESI - AxION 2 TOF

Детектор для масс-спектрометрии – электронный умножитель

Нахождение формулы по точной молекулярной массе и структуре

Термический анализ Термический анализ

Термоанализ Термический анализ Группа аналитических методов предназначенных для измерения физических свойств материалов (напр. тепловые эффекты, изменение массы, сопротивление и т.д.) как функции температуры.

Методы термического анализа Термически анализ включает в себя множество различных методов анализа направленных на изучение химических и физико-химических свойств материалов при контролируемом изменении температуры (и/или атмосферы, нагрузки при постоянной температуре) Основной пример: Плавление Изменение температуры вызывает различные эффекты в материалах: изменение МАССЫ, изменение ЭНЕРГИИ, размягчение, плавление, химические превращения, фазовые переходы, изменения кристаллических форм, изменение электропроводности, магнитных свойств и т.д.

Методы термического анализа Изменение Массы Размера Модуля Теплового потока, энтальпии

Дифференциальная сканирующая калориметрия

Дифференциальная сканирующая калориметрия Измерение энергии (теплоты) выделяемой или поглощаемой образцом при нагревании/охлаждении Высокоточное измерение температуры С помощью ДСК исследуют

Основные эффекты, изучаемые методом ДСК Химические реакции Эндотермические переходы Экзотермические переходы Теплоту, температуру, ΔT Энтальпию Теплоемкость Ватты, калории, Джоули

Основная терминология в ДСК и ДТА Эндотермические превращения поглощают тепло Экзотермические превращения выделяют тепло . Теплота – это форма энергии Температура – это показатель теплоты измеренный по определенной шкале ΔT – это разница температуры образца и температуры образца сравнения в ходе ДСК эксперимента.

Энтальпия и удельная теплота Энтальпия это статическая функция и соответствует «содержащемуся теплу» в образце. Энтальпия превращения соответствует теплу, которое выделяется или поглощается при постоянном давлении. Qp = Hp Экзотермические и эндотермические реакции и превращения дают изменение энтальпии. Удельная теплота соответствует выделившемуся или поглощенному теплу на единицу температуры Cp = δH / δT

Энтальпия превращения Энтальпия плавления (или испарения, кристаллизации и т.д.) соответствует теплоте которую необходимо приложить к единице массы для превращения вещества из твердого в жидкое состояние (или из жидкости в пар, из жидкого состояния в кристаллическое) при постоянном давлении: Hf = Q/m где: Hf = энтальпия перехода Q = тепло поглощенное или выделенное образцом m = масса образца

Калории, Ватты, Джоули 1 калория (кал., cal)определяется как тепло, необходимое для нагревания 1 г дистиллированной воды на 1°C при температуре между 14,5 и 15,5°C 1 Джоуль (Дж, J) определяется как работа потраченная на перемещение 1 Н на 1 м Калория и Джоуль связаны уравнением: 1 кал = 4,184 Дж 1 Ватт (Вт, W) определяется как мощность (энергия) необходима для проведения работы в 1 Дж за 1 с

Что измеряет ДСК Температуру превращения/перехода (температуру стеклования Tg, плавления Tm, перехода - Onset, фазовых переходов в твердом теле, испарения, сублимации) Время (время окислительной индукции – OIT, время реакции, кристаллизации, инкубации) Тепловой поток На ДСК измеряют с помощью стандартного ПО Энтальпию плавления (ΔH) (или превращения, реакции) и части эффекта плавления (превращения, реакции) как функции температуры (T) или времени (t). % кристалличности, % отвердевания (вулканизации) Смеси полимеров, взаимодействие различных компонентов/фаз Полиморфизм На ДСК измеряют с помощью дополнительного ПО Удельную теплоту Чистоту Кинетику (сканирующую и изотермическую) Модулированную ДСК (StepScan)

Основные виды приборов для ДСК и ДТА Существуют 3 основных вида приборов для ДТА и ДСК: Классический ДТА Boersma ДТА (ДСК по тепловому потоку) «Истинный» ДСК (ДСК по компенсации мощностей)

Виды ДТА

Типы ДСК приборов Принцип сравнения тепловых потоков (Heat flux DSC): Измерение разницы температур между образцом и образцом сравнения в одной, с большой массой печи. Для получения данных по тепловому потоку необходим математический пересчет. Принцип компенсации мощностей: Измерение теплового потока от образца и образца сравнения используя две различные, с низкой массой печи

Принцип сравнения тепловых потоков (ДТА) Образец и образец сравнения нагреваются одним нагревателем в единой печи Разница температуры (T) между образцом и образцом сравнения записывается как функция температуры или времени (сигнал с термопар не линеен по температуре) Энтальпия (H) рассчитывается на основе анализа стандартов при определенных условиях Специальные калибровки связывают разницу температуры с тепловым потоком

Расчет термических параметров в ДТА Ts Температура образца Tr Температура образца сравнения R Тепловой градиент между печью и образцом  Приращение температуры k Температурная постоянная Изменение энтальпии

Типичный вид ДТА кривой

Пример ДСК по тепловому потоку: DSC4000/6000 – схема

ДСК по тепловому потоку – схема Малая масса (30 г) печи для быстрого нагрева и охлаждения Алюминиевый корпус с покрытием из окиси алюминия для коррозионной устойчивости и длительного срока службы Платиновый сенсор 100 для высокоточного контроля температуры в печке Ввод продувочного газа с предварительным подогревом Сенсорный диск из хромелевого сплава (90% никеля/10% хрома) с высокой окислительной устойчивостью

ДСК по тепловому потоку – преимущества и недостатки Преимущества: Простая конструкция – одна печь, один общий нагреватель Низкая себестоимость производства – низкая стоимость прибора Низкая чувствительность к влажности образцов и их разложению Стабильная базовая линия, без изгибов и необходимости ее калибровки Широкий круг применений Недостатки: В основе лежит измерение разницы температур, а не измерение энергии Большая печь обладает высокой термоинертностью и медленным откликом по времени Низкие скорости анализа Невысокое разрешение термических эффектов и точность определения ДСК эффектов Результат зависит от равномерности укладки образца в тигле и симметричности расположения образца и референса на сенсоре

Изменения в образце сопровождаются выделением или поглощением тепла Изменения в образце сопровождаются выделением или поглощением тепла Энергия поглощенная или выделенная образцом компенсируется подводимой энергией к печи. Система поддерживает температурный ноль все время анализа. Энергия подводимая к печи пропорциональна энергии выделяемой (поглощаемой) образцом

Теория ДСК (ДСК по компенсации мощностей) – DSC8500/8000

Принцип измерения в ДСК по компенсации мощностей ДСК по компенсации мощностей работает с двумя контрольными система: Tm = где, Tc = температура образца Tm = средняя температура Tr = референсная температура T = Tc - Tr  E - сигнал по ординате получаемый на ДСК (мВт) T = 0

Основные уравнения для ДСК Tc = Tr H = (k) (W) Tc = температура образца Tr = температура рефернса H [Дж/г]= изменение энтальпии W [Дж/с] = энергия подводимая к левой печи k = константа, независящая от температуры

Основные преимущества «истинной ДСК» Малая масса печи Малая термоинертность Малый градиент между температурой образца и программной температурой (порядка 0.01º) Возможность проведения истинно модулированных исследований с быстрым чередованием циклов нагрева и изотермы Повышение чувствительности и разрешения без применения Фурье-преобразования Высокие скорости контролируемого нагрева/ охлаждения (до 750º/мин) Повышение чувствительности и разрешения Избегание разложения образца Повышение производительности и скорости анализа Моделирование реальных условий в технологическом оборудовании (баллистический нагрев) Прямое измерение энергии Получение сигнала ДСК из прямых измерений, а не через пересчет по калибровке Линейность во всем диапазоне температуры Калибровка по одной точке Изолированность образца и образца сравнения Отсутствие температурных наводок в случае бурных термоэффектов Повышение точности и воспроизводимости данных ДСК

Применение Кривая плавления дает Идентификация и чистота образца Температура плавления Площадь пика ΔН % кристалличности

Чистота Чистота рассчитывается по форме пика плавления Для расчета требуются данные по молекулярному весу образца .

Вулканизация и отвердевание Площадь пика вулканизации (отвердевания) термореактивных материалов может использоваться для расчета энергии активации (Eact) этого процесса. Температура начала процесса может использоваться для контроля качества.

Термогравиметрия

Термогравиметрия Регистрация изменения массы образца при нагревании С помощью термогравиметрии исследуют: Термодеструкцию материалов Содержание примесей Содержание растворителей и воды Сложные многокомпонентные смеси Термостойкость и др.

Основные узлы термовесов (термогравиметрических анализаторов) Весы (ультрамикровесы) Печь Термопара Система продувки Приводы печи (на некоторых приборах) – механические и пневматические (дополнительно)

Термовесы с нижним расположением весов – TGA4000

Термовесы с верхним расположением весов – TGA8000

Параметры измерения Скорость нагрева Скорость продувочного газа Температурная калибровка Навеска образца Форма образца (порошок, волокно, гранулы…) Гомогенность образца

Параметры измерений Температурный диапазон Зависит от образцов Стандартные печи – от комнатной до 1000°C Высокотемпературные печи – до 1600°C Режимы анализа Нагревание Охлаждение Изотерма Скорость сканирования До 500°C/мин Малая скорость – высокое разрешение Обычные скорости анализа 5-50°C/мин Масса образца Не может быть меньше 1 мг Обычно измеряемые навески 2 – 50 мг Важна гомогенность образца, возможность выхода выделяющихся газов (пористость, рыхлость) Продувочный газ Инертные – N2, He, Ar Окислительные – O2, воздух

Примеры ТГА – анализ резины

Примеры ТГА – анализ фармпрепарата

Синхронный термоанализ и совмещенные методы анализа

Комбинация с другими методам – STA6000/8000 Синхронный термоанализ (СТА, дериватография) – одновременный ТГА и ДТА (ДСК) анализ Позволяет проводить одновременно анализ потери массы и термических эффектов в одном образце Расширяет возможности по идентификации и анализу образцов Сопоставление эффектов потери массы и фазовых переходов ДСК по тепловому потоку

Синхронный термоанализ - примеры

Синхронный термоанализ – примеры

Комбинация с другими методам Анализ продуктов разложения – анализ выделяющихся газов (EGA) Совмещенные методы анализа ТГА-ИК ТГА-МС ТГА-ГХ ТГА-ГХМС ТГА-ИК-ГХМС Получение количественной (ТГА) и качественной информации (спектральный анализ) об образце Основные узлы

Что такое совмещенный анализ? Под совмещенным анализом понимают соединение 2 и более методов в едином комплексе с совместным исследованием образца участвующими в системе методами для повышения информативности анализа каждого образца. Наиболее известным примером совмещенного анализа является ГХМС (GC/MS) Первоначально представлялся как совмещенный анализ Сейчас представлен как единый продукт Современные методы совмещенного анализа делятся на три группы: Контроль окружающей среды образца в аналитическом приборе. Анализ выделяющихся продуктов разложения образца Одновременный анализ образца различными методами в одном приборе

ТГА-ИК – примеры: идентификация неизвестного компонента Образец изготовлен из смеси двух полимеров, сульфата бария и некоторого количества сажи Один из полимеров, входящих в состав – нейлон По ИК-спектрам образца определить второй полимер невозможно, поскольку спектр нейлона и добавка сажи полностью закрывают полосы поглощения второго полимера С помощью ТГА-ИК эксперимента возможно идентифицировать второй полимер

ТГА-ИК система

ТГА-МС система

Система для ТГА-ГХМС

ТГА-ИК-ГХМС система

Количественный и качественный анализ

Термомеханически и Динамический механический анализ

Термомеханический анализ Изучение изменения механических и упрогопрочностных характеристик материалов в зависимости от: Температуры Времени Частоты нагрузки Определяемые характеристики вязкость, Tg δ, α-, β-, γ-переходы кристаллизация вулканизация и отвердение модули (упругости, напряжения и т.д.) упругость сжимаемость тепловое расширение точка хрупкости и многие другие характеристики… Области применения Производство пластмасс Авто- и авиастроение Пищевая и косметическая промышленность Металлургия, металлокерамика и многое другое…

Термомеханический анализатор TMA – TMA4000 Что измеряет? изменение размеров образца как функцию температуры Для кого? Для тех исследователей, кто изучает зависимость механических свойств материалов от температуры, кто разрабатывает новые материалы для различных условий эксплуатации Почему? Материалы изменяют свои свойства и размеры по разному в зависимости от изменения температуры. Одни материалы расширяются, другие (например, эпоксидные смолы при отверждении или ЛКМ при высыхании) сжимаются .

Что делает ТМА? Измерение изменения размеров в зависимости от температуры При изменении температуры материал расширяется до заполнения свободного объема.

TMA: Свободный объем и сдавливание Наклон прямой является коэффициентом линейного расширения (КЛР) Изменение наклона соответствует фазовому переходу (здесьTg)

Для кого необходим ТМА? Исследователи, которые создают новые материалы, в т.ч. композиты. микроэлектроника электронные компоненты машиностроение авиакосмическая промышленность Производители материалов, испытывающих термодеформацию авиакосмическая промышленность ЛКП кораблестроение производство стройматериалов вспененные полимерные материалы волокна биомедицинские материалы упаковка

Типы измерительных систем – иденторы

Динамический механический анализ (ДМА) – DMA8000 Что измеряет? измеряет зависимость поведения материала (вискозоэластические свойства) по времени, температуре и нагрузке Для кого? Для исследователей изучающих поведение материалов под нагрузкой, материалов, испытывающих различные превращения при изменении условий эксплуатации Почему? материалы изменяют свои упрого-прочностные свойства в зависимости от температуры и нагрузки и определить температуру стеклования точнее и удобнее механическими методами, чем ДСК

Изучение механических свойств материалов

Эффекты в материалах изучаемые ДМА

Модуль Юнга

ДМА сканирование полукристаллического материала

Типы иденторов – геометрия измерения

Типы иденторов – геометрия измерения

Типы иденторов – геометрия измерения

Полимеры – термореактивные

Фармацевтика

Элементные (C, H, N, S, O) анализаторы Элементные (C, H, N, S, O) анализаторы

Элементный анализ Области применения Подтверждение брутто-формулы химических веществ Определение содержания C, N, S, H, O в почвах, растительном материале, остатках, полимерах и т.д.

Определение элементов на анализаторе PE2400 Series II

Схема элементного анализатора

Кондуктометрический анализ малых количеств воды Кондуктометрический анализ малых количеств воды

Анализ содержания воды Почему информация о содержании воды настолько важна? easyH2O | Зачем анализировать содержание воды

Содержание влаги или содержание воды Определение воды easyH2O | Влажность или содержание воды

Современные методы анализа воды и влаги Сравнение easyH2O | Современные методы анализа воды

EasyH2O Безреагентный анализ воды easyH2O | Обзор анализатора easyH2O

Обзор Термокондуктометрическое определение воды easyH2O | Обзор анализатора easyH2O

Обзор Термокондуктометрическое определение воды easyH2O | Обзор анализатора easyH2O

Обзор Безреагентное и экологически-безопасное определение воды easyH2O | Обзор анализатора easyH2O

Обзор Безреагентное и экологически-безопасное определение воды easyH2O | Обзор анализатора easyH2O