热分析安全评估
化学工业的不断发展，推动了人类文明前进，与此同时也带了化学品安全的诸多问题，化学合成和分解反应中潜在危险的鉴定和评估，以及热力学和动力学计算是极其重要的。一个产品是否是热不稳定的或者是否显示出潜在的爆炸危险(热失控)都必须在最初阶段加以确定。DSC和TGA扫描测试使用微量的物质，能够为评估潜在风险提供所需的数据。
简介
在实验室和生产部门中，评估化学品或化学反应中的潜在危险是一个永无止境的分析任务。如果存在以下情况，则有很大风险出现热失控和大破坏性爆炸
· 反应焓很大并且是放热反应，
· 高升温速率或者自加速反应，
· 有气态产物产生，无论是通过分解还是蒸发，
· 反应系统无法承受高压和/或高温，
· 导致诸如火灾或环境污染等后续纠纷。
评估潜在危险时不但需要考虑上述几点而且应该考虑一个热效应出现的可能性以及可能产生多大的危害。在这些风险分析中，确定化学合成或者分解反应的反应焓通常是进一步研究的开端。梅特勒-托利多凭借领先的热分析，确保化学用品的安全生产和存储，将潜在风险降到最低。
DSC和TGA热分析技术
DSC被证明是一种非常理想的技术，仅仅需要非常微量的样品就可以提供关于比反应焓(Δhr)和比热容(Cp)的数据。这两个数据能够被用来估计热失控之前所能达到的最高温度，ΔTadiab：ΔTadiab=Δhr/ Cp
如果温度升高超过50K，这种情况就是具有潜在危险性的。然而，如果升高超过200K，则变得非常危险测定动力学行为是很有必要的。通过少量的DSC测试，并使用非模型动力学(MFK)进行分析，便能够描绘出反应的转化率与温度和时间的关系。这些结果能够预测物质的长期行为(例如储存条件)或者短期行为(爆炸)。通过相对简单的计算还能够确定达到最大反应速率所需的时间(TMR)。
对于敞开体系的量热研究(DSC)有可能导致错误的结论。例如当放热反应和吸热蒸发过程同时发生并且相互平衡时。在这方面，热重分析(TGA)是非常有帮助的，因为它可以用来确定反应过程中释放出的气体量。如果T G A仪器与气体分析仪器(MS，FTIR)相连，还能够鉴定逸出气体的性质。
实验详情
使用梅特勒-托利多STARe系统DSC 1和TGA/DSC 1仪器进行实验，在不同条件下测得的三种硝基化合物的TGA和DSC曲线。
实验结果
图1描述了这三种热危险性物质的DSC和TGA测试。将这些曲线作对比说明了测试条件对反应过程的影响。DSC曲线表明了在敞口坩埚和在气密性坩埚(高压坩埚)中热焓产生的速率(热流)。TGA曲线显示了敞口坩埚中的气体产量。
如果一个物质在敞口坩埚(盖上打孔或不带盖)中进行测试，分解反应通常会被汽化所掩盖。因此，净反应焓要比在气密性坩埚中测得的小很多。通过对比苦味酸或硝酸铵的曲线可以很清楚地看到这点。
爆燃的结果是在DSC曲线上出现一个窄峰，并且出现很明显的重量增加。TGA曲线上的尖峰是由于产生气体时的反冲效应引起的。当在2K/min的升温速率下重复测试时，分解反应进行地很缓慢并且没有完全分解。
图1 在不同条件下测得的三种硝基化合物的TGA和DSC曲线
从这些样品的对比中可以看出一个详细的研究通过考虑样品质量，升温速率，坩埚以及样品制备的影响，有效评估了化学物质的安全性能。
结论
通过DSC和TGA可以对化学物质进行快速分析来检验是否存在快速降解或爆炸的风险。DSC提供了不同条件下的比热容，反应焓和反应速率等基础热分析信息。TGA显示了在降解反应中有多少气体产生。通过将TGA连接到质谱仪或者傅里叶变换红外光谱仪等气体分析仪上还可以对气体进行鉴定。
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