介紹
通過熱重分析測試，我們可以得到材料熱行為的很多重要的定量信息。簡單的反應，如脫水過程，通過一個T GA實驗就可以很好的加以說明。為了闡明一個比較復雜的反應，TGA經常與質譜儀" title="質譜儀">質譜儀（MS）或紅外（IR）聯用以鑒別樣品在分解過程中所釋放的氣體。但是，對于比較復雜的材料，如合成初期得到的樣品、聚合物、瀝青等，它們降解時會產生氣體的混合物。在這種情況下，采用MS或FTIR分析就很難對氣體中的各個要素進行鑒別，而采用GC-MS的聯用系統則可以得到很多重要的信息。樣品降解時，同時揮發(fā)出的氣體可以先經過G C進行分離，然后再經過M S進行產物的鑒別。
在本論文中，我們采用的聯用系統為TGA/SDTA851e-Hewlett Packard（HP）GC-MS（HP6890和HP5973）。
實驗
TGA/SDTA851e-GC-MS組合采用了一個特殊設計的氣體導入系統，這使得GC-MS可以不必要依賴于TGA/SDTA851e而操作，另外，這也提供了更多的樣品制備的選擇性（吸附，解吸附等）。對于T G A/S D T A，有六種不同的樣品收集管道可供選擇，它們可被用來在熱重分析測試的不同階段來收集揮發(fā)出的不同氣體。通過管道閥門的開關，可以使收集管道中的氣體充滿或排空。此開關是由GC-MS系統觸發(fā)的，這就保證了自動化操作的可能性。為了防止冷凝，收集管道、轉移連接線、閥門等氣體流經的路線都被加熱到290°C。圖1和圖2顯示了GC-MS與TGA/SDTA851e聯用的氣體導入系統。


對包含有硅樹脂和酚醛樹脂" title="酚醛樹脂">酚醛樹脂的泡沫進行TGA-GC-MS分析樣品（83.251mg）放在900μl的帶蓋的氧化鋁坩堝中，坩堝蓋打孔。在氬氣作為吹掃氣體的氣氛下，樣品以10K/min被加熱。在T G A曲線（圖3）上，可以看到在300°C和500°C之間，有一個寬的失重臺階。在DTG曲線上，480°C左右的一個小平臺表明在整個區(qū)域內，兩個過程發(fā)生了重疊。基于TGA/DTG的這些信息，我們決定選取300°C至500°C的溫度區(qū)域進行GC-MS分析。


從350°C以后，每隔3min對分解所得到的氣體進行一次分析。從降解的產物中，可以識別出不同的線性或環(huán)狀甲基硅氧烷。這些是樣品中硅樹脂部分所特有的。在440°C時所得到的降解產物的色譜圖如圖4所示。表1總結了由GC-M S識別的，在GC譜圖中各個峰所對應的化合物。信心系數Q，表明了由M S識別的準確性；Q值為100表明MS的識別100%正確。


色譜圖表明，在高溫分解過程中，泡沫的硅樹脂部分連續(xù)的分解出氣體，這些分解產物形成的時間可以利用色譜圖上的保持時間" title="保持時間">保持時間以及峰的面積來加以分析。圖2顯示了各分解產物形成的曲線。


此處使用的色譜柱" title="色譜柱">色譜柱，只能夠用來分析泡沫中硅樹脂部分的分解產物。如果要分析酚醛樹脂部分的分解產物（例如二氧化碳、甲烷等），則必須選用不同的色譜柱。



結論
METTLER TOLEDO公司的TGA/SDTA851e可以方便的與GC-MS聯用。這項技術的優(yōu)點就在于即使對于復雜的降解反應，也可以對降解產物進行識別，并且在理論上可以進行量化。因此對于復雜的降解過程來講，TGA-GC-MS系統是一個十分有力的、通用的工具。