在材料加工過程中,，加工溫度是一個很重要的參數(shù),，如果材料在高溫下加工時間過長,，可能會發(fā)生分解發(fā)出難聞的氣味。熱重分析儀TGA可以研究樣品發(fā)生分解反應的溫度范圍和失重量,，屬于定量技術(shù),，而常見的實驗室定性技術(shù)比如傅里葉紅外光譜儀（FTIR）、質(zhì)譜儀MS或氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）等可以實現(xiàn)對分解（逸出）氣體定性,，進而全面解讀樣品的分解過程或機理,，甚至通過逸出氣體分析反推樣品信息。其中FTIR對化學基團具有很高的特異性,，屬于無損檢測,，但靈敏度相對于 MS 稍弱，MS對逸出氣體離子具有很高的特異性,。兩者可以相互補充,，互相驗證，使復雜的分解產(chǎn)物的分析成為可能,。本文主要講述了利用TGA-FTIR和TGA-MS三聯(lián)機鑒定了樣品分解時氨的詳細產(chǎn)生過程,，實際上TGA逸出氣體也可以先進入FTIR而后直接進入MS，實現(xiàn)三機串聯(lián)分析,，減少操作步驟,。

示意圖：如何選擇合適的技術(shù)解決特定的應用問題

實驗設(shè)計

儀器：TGA與Nicolet Nexus紅外色譜儀和Thermostar質(zhì)譜儀聯(lián)用

方法：

1. 30℃……400℃@10k/min ,900ul氧化鋁坩堝(加蓋子)，90ml/min Ar,。測質(zhì)荷比為15,，16，17,，18的離子強度,，對應的物質(zhì)是水和氨(熱重質(zhì)譜聯(lián)用方法)。

 2. 30℃……800℃@10k/min ,900ul氧化鋁坩堝(加蓋子),，50ml/min N2。紅外光譜儀在4cm-1的分辨率下平均連續(xù)掃描16次,。(熱重紅外聯(lián)用方法),。

實驗結(jié)果討論

TGA-MS的結(jié)果討論

從TGA曲線上可以看出在整個測試范圍內(nèi)有三個失重的臺階（圖1）。在50℃~150℃之間,，檢測到質(zhì)荷比為17與18的離子（水或氨,，氨的離子質(zhì)荷比也可以是17），失重量約為0.2%,；在第二個失重臺階（1.8%）附近,，檢測到質(zhì)荷比 m/z為15,、16、17,、18的離子,，可以判斷在第二步失重過程有水（m/z：17和18）和氨（m/z：15、16,、17）的逸出,。水與氨的離子的重疊使得曲線的解析有一定的困難

圖1. 熱重質(zhì)譜聯(lián)用曲線

TGA-FTIR的結(jié)果討論

在紅外的掃描過程中會生成大量的三維紅外圖譜，這種三維圖譜很難解析,。我們通常把它分成三種二維的譜圖,。一種是格萊姆-施密特曲線（GS）曲線，顯示總紅外吸收的定量度量,，表示逸出氣體濃度隨時間的變化,。第二種是化學圖譜，反映的是某一特定官能團或特定物質(zhì)的濃度隨時間或溫度的變化情況,，第三種就是我們最常見的紅外光譜圖,，也就是每次掃描得到的單張譜圖，反映了逸出氣體中含有哪些化學基團,。根據(jù)光譜圖中的特征吸收峰,，利用譜庫可以幫助辨別被測樣品。下圖2 中的TGA-FTIR曲線包括TGA曲線（紅色實線）,、DTG曲線（黑色虛線）,、GS曲線（黑色實線）和化學圖譜（紅色虛線）。從TGA曲線可以看到,，在250℃與390℃有兩個大的失重發(fā)生（60℃左右是水的失去）,。化學圖譜選擇的波數(shù)檢測范圍是980~920cm-1（檢驗氣體氨）,。從圖中可以看出,，在250℃、320℃,、390℃的三個失蹤臺階均有氨產(chǎn)生,。

圖2.TGA-FTIR曲線

結(jié)論

TGA清晰地表明了樣品的分解溫度及范圍及對應的失重量，MS和FTIR分析了氣逸出氣體均表明了當樣品加熱到200℃以上會釋放出氣體氨,，此外氨是分三步釋放的,，但是僅僅只從MS曲線上將很難區(qū)分氨的三步釋放（FTIR卻能明確這個信息），從MS的曲線也可以判斷50到150℃失去是水而不是氨,。

參考文獻

[1] Dr. P. Fux, Ciba Specialty Chemicals Inc., Switzerland; UserCom21, 11–12.

[2]熱分析應用手冊系列叢書之逸出氣體分析.