Termální analýza, FTIR Spektroskopie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceShimadzu
Význam tématu
Analýza krystalických polymorfů uhličitanu vápenatého je klíčová pro vývoj betonů schopných absorbovat CO2 a tím přispět k dosažení uhlíkové neutrality. Různá struktura a termální stabilita fází calcitu, aragonitu a vateritu ovlivňuje jak mechanické vlastnosti materiálu, tak schopnost dlouhodobé fixace CO2.
Cíle a přehled studie
Studie si klade za cíl kombinovat termogravimetricko-diferenciální analýzu (TG/DTA) se spektroskopií FTIR pro kvalitativní a kvantitativní určení obsahu jednotlivých polymorfů v uhličitanu vápenatém a cementových kompozicích. Hodnocení termální stability a vytvoření kalibračních křivek umožní rychlou a přesnou kvantifikaci částicových fází.
Použitá metodika a instrumentace
- Simultánní TG/DTA: přístroj DTG-60, rozmezí 30–1000 °C, rychlost nárůstu teploty 10 °C/min, dusíkové prostředí, vzorek ~30 mg.
- FTIR ATR spektroskopie: IRTracer-100 s diamantovou ATR sondou MicromATR, rozlišení 4 cm-1, 40 akumulací, apodizační funkce Happ–Genzel, detektor DLATGS, dusíkové purge.
Hlavní výsledky a diskuse
- TG analýza prokázala pořadí termální stability calcit > vaterit > aragonit s teplotami pro 5% ztrátu hmotnosti 702,7 °C, 662,0 °C a 642,7 °C. Calcite se rozkládá jednofázově, zatímco vaterit i aragonit vykazují vícestupňové hmotové úbytky.
- DTA záznamy odhalily charakteristické endotermní/exotermní signály až do 600 °C a silný endotermní efekt při dekarbonaci nad 750 °C, umožňující rozlišení fází.
- FTIR ATR: druhá derivace spekter odhalila odlišné piky pro každý polymorf (1795, 1440, 746 a 513 cm-1). Kalibrační křivky vytvořené na standardních sublimatech vykázaly koeficienty korelace ≥ 0,99.
- Kvantitativní stanovení poměrů fází v simulovaných cementových vzorcích vykázalo odchylky menší než 2 procentní body při opakovaných měřeních.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda kombinuje rychlou termální charakterizaci s minimálním množstvím vzorku a jednoduchou FTIR analýzu bez nutnosti rozsáhlé přípravy. Umožňuje monitorovat poměr polymorfů v cementech a betonech, optimalizovat proces karbonizace a řídit kvalitu finálních materiálů.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace in situ FTIR pro sledování karbonizačního procesu v reálném čase.
- Využití hyphenovaných technik TG–FTIR nebo TG–MS pro detailní analýzu uvolňovaných plynů.
- Rozšíření metodiky na další minerální fáze a polymorfní systémy v průmyslové a environmentální analytice.
Závěr
Kombinace DTG-60 a FTIR ATR poskytuje komplexní nástroj pro charakterizaci a kvantifikaci polymorfů uhličitanu vápenatého. Metoda prokazuje vysokou přesnost, robustnost a praktičnost pro výzkum i průmyslové aplikace při výrobě cementů a betonů s přidanou hodnotou fixace CO2.
Reference
- Naohiko Saeki, Ryo Kurihara, Ippei Maruyama: Effect of RH on Carbonation of Hardened Cement Paste Particles Under General Atmospheric CO2 Concentration Studied by FTIR Spectroscopy. Cement Science and Concrete Technology, Vol. 76, pp. 36–44 (2022).
- Sarah Steiner, Barbara Lothenbach, Tilo Proske, Andreas Borgschulte, Frank Winnefeld: Effect of Relative Humidity on the Carbonation Rate of Portlandite, Calcium Silicate Hydrates and Ettringite. Cement and Concrete Research 135 (2020) 106116.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.