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  • 發布時間:2020-03-15 22:58 原文鏈接: STAQMS聯用技術分析錳礦組成

    錳礦是自然界采集到的一種無機礦石,是一種復雜的混合物,加熱過程中化學反應復雜,測試難度很高,如果儀器精度不高,或者穩定性不好,測試結果就會出現較大的偏差,同時重復性也很難保證。

    本實驗采用STA-QMS聯用技術,不僅完美地測試到錳礦在分解過程中幾個非常重要的微小相變,同時使用在線質譜對錳礦的分解成份做了全面的分析,最重要的是,對錳礦進行重復性測試,兩次測試結果重復性非常好。以上這些實驗再一次證明耐馳的熱分析儀器不僅有優異的測試性能,而且有良好的穩定性。


    圖1.  錳礦STA曲線(第一次測試)。

    實驗條件

    樣品名稱:錳礦(主要成分為軟錳礦、石英、吸附水等等);樣品質量:25.91 mg(1st 測試)、25.73 mg(2nd 測試);樣品描述:黑色粉末;溫度范圍:RT~1500℃;升溫速率:10 K/min;樣品坩堝:Al2O3 坩堝;測量氣氛:Air,40 ml/min;測試支架:TG-DSC  S型支架;德國耐馳公司STA-QMS聯用儀器,型號:STA 449F3-QMS403C。


    圖2.  錳礦STA-QMS聯用得到的各質荷比信號。

    結果及分析

    該類材料由于組分復雜且未知,為了了解該材料在升溫過程中發生的物理化學變化過程以及逸出氣體產物成分,采用同步熱分析STA與質譜QMS聯用來解決。綜合以上實驗數據,對錳礦作如下剖析:圖1為錳礦在空氣氛下測試得到的TG-DSC圖譜,其中藍色曲線為樣品的TG失重曲線,綠色曲線為DTG曲線,紅色曲線為DSC曲線。從TG與DSC兩條曲線對照來看:

    (1)RT~380℃范圍內的失重為吸附水的脫除;

    (2)380~750℃范圍內的失重和熱效應都比較復雜,包含了錳礦的分解以及其他微量非金屬元素(如N)的氧化反應等,其中值得注意的是在574℃處,DSC檢測到了組分石英的特征相變過程(圖中局部放大圖為石英β→α的相轉變),600~750℃范圍內的失重和吸熱效應有可能為軟錳礦MnO2分解成β-褐錳礦Mn2O3(如4MnO2→2Mn2O3 + O2↑);


    圖3.  錳礦STA曲線(兩次測試對比)。

    (3)在800~1200℃范圍內的多步失重和多個吸熱效應也是十分復雜,同樣也包含了β-褐錳礦的分解、其他微量非金屬元素(如S、N)的氧化反應以及材料的相變等等,其中在900~1200℃范圍內幾個尖銳而顯著的吸熱效應很可能為β-褐錳礦Mn2O3分解成Mn3O4(如6Mn2O3→4Mn3O4 + O2↑),以及分解產物Mn3O4組分的相變過程;

    (4)當溫度繼續升高至1400℃以上時,材料中某些低熔點、易揮發組分發生揮發和熔融造成TG曲線有緩慢失重,DSC曲線上有明顯的吸熱峰出現。

    重復性測試

    此外,為了考察儀器的可靠穩定性以及測試結果的可重復性,重新取樣進行了第二次測試,其測試結果如圖3所示。對比圖1和圖3可以發現兩次測試結果幾乎完全一致,表明STA儀器性能穩定性和測試結果可靠性均十分優異。


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