Thermal Analysis Excellence

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1 Thermal Analysis Excellence TGA 2 STAR e System Innovative Technologie Unbegrenzte Modularität Schweizer Qualität Thermogravimetrie Zur Routineanalyse

2 TGA Excellence Genaue und schnelle TGA-Resultate durch nahtlose Arbeitsabläufe Die Thermogravimetrie (TGA) ist eine analytische Methode, bei der die Massenänderung einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur und Zeit gemessen wird. Ziel der Analyse ist in den meisten Fällen die Bestimmung der Zusammensetzung eines Stoffes unter anderem auf dem Gebiet der Gummi- und Kunststoffanalyse, der Analyse mineralischer Stoffe (Keramik) sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Eigenschaften und Vorteile der TGA 2: METTLER TOLEDO Ultra-Mikrowaage verlassen Sie sich auf den Markt- und Technologieführer Hohe Auflösung über den gesamten Messbereich Auflösung von unter einem Mikrogramm Robuster, werksgetesteter Probenwechsler effizienter und zuverlässiger Betrieb rund um die Uhr Starten Sie Experimente mit One Click schneller und einfacher Routinebetrieb Integrierte Gasflusskontrolle untersuchen Sie Proben in definierter Atmosphäre Automatische Auftriebskompensation schneller zu genauen Resultaten Modularer Aufbau sichert Ihre Investition ermöglicht Anpassung an gegenwärtige und zukünftige Anforderungen Umfangreiche Servicedienstleistungen Professionelle Unterstützung für Ihre tägliche Arbeit Alle TGAs von METTLER TOLEDO sind mit Mikro- und Ultramikrowaagen mit eingebauten ringförmigen Justiergewichten ausgerüstet, die eine unerreichte Genauigkeit garantieren. 2

3 Einzigartige Sensoren das Herz eines jeden Gerätes Mettler Inside In jeder unserer TGA steckt die weltbeste METTLER TOLEDO Mikro- oder Ultra-Mikrowaage. Dank interner Justiergewichte misst diese Waage mit unerreichter Genauigkeit und Verlässlichkeit. Sie können die Waage aber auch mit externen Eichgewichten kalibrieren und justieren. Hervorragende Messleistung Eine Million, 5 oder 50 Millionen Punkte durchgehend zu messen, das schafft sonst keine TGA. Das heisst, bei bis zu 5 g schweren Proben Gewichtsänderungen auf 0.1 µg genau zu bestimmen. Kleine und grosse Proben analysieren Sie mit derselben Auflösung, ohne den Gewichtsbereich umschalten zu müssen. Ultra-Mikrowaage vom Marktführer Dank der parallel geführten Waage hat die Positionierung der Probe keinen Einfluss auf die Messung. Wenn die Probe schmilzt und die Position ändert, verursacht dies keine Gewichtsänderung. Thermostatisierung Um die Einflüsse der Umgebung zu minimieren, wird die Wägezellen-Temperatur mit einem Umwälzthermostaten konstant gehalten. Waage maximale Last Wägebereich Auflösung XP1 1 g 1 g 1.0 µg XP1U 1 g 1 g 0.1 µg XP5 5 g 5 g 1.0 µg XP5U 5 g 5 g 0.1 µg 3

4 Schweizer Qualität Höchste Messleistung schon in der Grundkonfiguration Horizontaler Ofen Durch die horizontale Ofenanordnung können die stets auftretenden Störeinflüsse des Wärmeauftriebes und des Spülgases minimiert werden. Klar definierte Ofenatmosphäre Die gasdichte Messzelle kann evakuiert und mit einem definierten Gas geflutet werden. So ist das System in sich abgeschlossen und es können eindeutige Aussagen bei genau definierten Verhältnissen gemacht werden. Ergonomie auf höchstem Stand Beim manuellen Einsetzen der Probe können Sie die Hand bequem auf einer ergonomisch optimal geformten Auflagefläche abstützen. Wertvolles Applikations Know How METTLER TOLEDO bietet umfangreiche, branchenspezifische Applikationsliteratur und Weiterbildungsmöglichkeiten an: Applikationshandbücher Applikations-Newsletter TA UserCom Applikationsdatenbank auf dem Internet Live- und On-Demand Webinars Handbücher Webinars 4

5 Vollständiges Thermoanalysen-System TGA DSC Flash DSC Ein komplettes TA-System besteht aus vier verschiedenen Messtechniken. Alle charakterisieren die Probe auf ihre eigene Art. Die Kombination aller Resultate vereinfacht die Interpretation. Neben der Gewichtskurve (TGA) können der Wärmestrom (DSC, Flash DSC), die Längenänderung (TMA) oder der Modul (DMA) gemessen werden. TMA DMA Alle diese Messgrössen ändern sich mit der Temperatur. Mit der modernen und um fangreichen STAR e Software können Sie alle METTLER TOLEDO TA-Geräte ansteuern und die Messungen schnell und einfach auswerten. Wichtige Dienstleistungen Neben dem Gerät ist auch die Kompetenz von METTLER TOLEDO gefragt. Ihnen als Kunde stehen gut ausgebildete Servicetechniker und Verkaufsingenieure zur Seite, die Sie auf verschiedensten Gebieten unterstützen: Service und Unterhalt Kalibrierung und Justierung Training und Applikationsberatung Gerätequalifizierung 5

6 Hervorragende Messleistung über den gesamten Temperaturbereich Innovation Temperaturjustierung mit Curie-Referenzsubstanzen Die Temperatur wird mit Referenzsubstanzen justiert, deren magnetischen Eigenschaften sich bei einer definierten Temperatur (Curie-Temperatur) ändern. Bildlegende 1 Reflektoren 2 Reaktivgaskapillare 3 Gasauslass 4 Ofenheizung 5 Ofentemperatursensor 6 Justiergewichte 7 Schutz- und Spülgasanschluss 8 Thermostatierter Waagenraum Aluminium Aluminiumoxid Riesige Tiegelauswahl Für jede Applikation steht der passende Tiegel bereit. Tiegel mit verschiedenen Volumina von 20 bis 900 µl und aus verschiedenen Materialien können gewählt werden. Alle Tiegel sind mit dem Probenwechsler kompatibel. Saphir Platin Einen vollständigen Überblick zeigen die Tiegelbroschüre und 6

7 Umfassende Automatisierung erlaubt ein Arbeiten rund um die Uhr Der Probenwechsler ist äusserst robust und arbeitet zuverlässig 24 Stunden am Tag, bei Bedarf das ganze Jahr hindurch. Automatisch und rationell Alle TGA 2 Typen können auto matisiert werden. Bis zu 34 Proben können abgearbeitet werden, bei Bedarf jede mit einer anderen Methode und einem anderen Tiegel. Vollautomatisch Einwägen Mit der internen TGA-Waage besteht die Möglichkeit, mit dem Probenwechsler halb- oder vollautomatisch einzuwägen. Sie benötigen bei diesem Modul also keine zusätzliche Waage, wenn Sie nicht gleichzeitig messen und einwägen wollen. In einem ersten Durchgang werden alle leeren Tiegel automatisch eingewogen. Danach legen Sie eine Probe in jeden Tiegel und wiederholen den automatischen Einwägeprozess. Ohne weiteres Zutun werden alle Proben vollautomatisch eingewogen. Eigenschaften und Vorteile: Bis zu 34 Proben erhöht Probendurchsatz und Effizienz dramatisch Einfach und robust garantiert zuverlässige Resultate Einzigartige Tiegelstechfunktion keine Gewichtsänderung der Probe vor der Messung Universal-Greifer kann alle METTLER TOLEDO Tiegel einsetzen Keine Gewichtsänderung vor der Messung Einzigartig ist die Möglichkeit, dass der Probenwechsler vor der Messung den Tiegeldeckel entfernt oder hermetisch verschlossene Aluminiumtiegel vor der Messung aufsticht. Damit wird verhindert, dass die Probe zwischen der Einwaage und der Messung z. B. Feuchte aufnimmt oder abgibt. Die clevere Konstruktion mit extra hohem Tiegeldeckel verhindert, dass die Nadel mit der Probe in Kontakt kommt. So wird die Kontamination der nächsten Probe vermieden. Sie können den Probenwechsler unter in Aktion sehen. 7

8 Modularität nachhaltige Investition in die Zukunft Ofen in verschiedenen Grössen Gerade bei heterogenen Proben ist man auf eine grosse Einwaage und dementsprechend grosse Probenvolumina angewiesen. Mit dem grossen Ofen (LF) können Tiegel bis zu einem Volumen von 900 µl verwendet werden. Gekoppelte Messtechniken Alle TGA 2 Module können mit einem Massen-, einem FTIR- Spektrometer oder einem GC/ MS-System gekoppelt werden. Die Identifizierung der gasförmigen Zersetzungsprodukte liefert wertvolle Zusatzinformationen über die Probe. Erst dies ermöglicht eine sichere und eindeutige Interpretation der Messkurve. Weitere Informationen finden Sie im EGA-Datenblatt und in der TGA-IST16-GC/MS Systembroschüre. Mit einem einfachen Zusatz kann die TGA auch in wenigen Minuten zum TGA-Sorptionsgerät umgebaut werden. Interface TGA-MS Interface Sorption Für die Zukunft gerüstet Sowohl der Ausbau von einem Gerätetyp zum anderen als auch die Ergänzung mit praktischem Zubehör ist jederzeit möglich. Waagen Option bedingt Option XP1 XP1U XP5 XP5U EGA (MS, FTIR, GC/MS) Sorption GC 301 Gascontroller GC 401 Gascontroller TGA 2 (SF 1100 C) standard optional TGA 2 (LF 1100 C) standard optional Peripherie-Ansteuerung notwendig notwendig Probenwechsler keine zusätzlichen Optionen notwendig = wählbar 8

9 Einfacher Routinebetrieb Durch zeitsparende Lösungen Schneller Start von Routinemessungen Die einzigartige One Click Funktionalität ermöglicht Ihnen, vorde finierte Messmethoden sicher und einfach durch die Berührung einer Schaltfläche auf dem Berührungs-empfindlichen Farbbildschirm direkt am Instrument zu starten. Dies erleichtert die Abarbeitung von Routinemessungen durch z.b. Produktionsmitarbeiter in der Qualitäts kontrolle erheblich. Resultate in kürzerer Zeit Das TGA hat eine ausschaltbare Kompensation eingebaut, die automatisch Einflüsse wie etwa den Auftrieb korrigiert, die nicht von der Probe herrühren. Dies macht die Messung von Blindkurven überflüssig und spart damit jede Menge Zeit speziell bei Routinemessungen in der Qualitätskontrolle. Automatisch korrigierte Kurven zeigen eine exzellente Übereinstimmung mit Blindkurven-korrigierten Kurven. Optimale Atmosphäre Integrierte Gasversorgung mit Massenflussregler (MFC) und Gaseinlass nahe der Probe sind in der TGA Standard. Dies erlaubt genaue und reproduzierbare Untersuchung von Materialeigenschaften unter vielen verschiedenen Atmosphären und Umschaltung des Reaktivgases während des Experimentes. Effiziente Probenvorbereitung Tiegelbox und Werkzeugbox helfen Ihnen, Ordnung zu halten und Proben schnell und einfach vorzubereiten. Die Kalibrierbox enthält alle notwendigen Materialien für die Temperaturjustierung. Ein optionales Set mit zertifizierten E2 Gewichten kann zur externen Gewichtskalibierung verwendet werden. Probenvorbereitung Gewichts-Set 9

10 Applikationsvielfalt Extrem breites Anwendungsgebiet Mittels Thermogravimetrie können mit kleinsten Probenmengen innerhalb kurzer Zeit quantitative Aussagen zur Zusammensetzung und thermischen Stabilität verschiedenartigster Materialien gemacht werden. Die TGA 2 ist ein äusserst vielseitiges Werkzeug zur Charakterisierung von physikalischen und chemischen Materialeigenschaften unter genau kontrollierten atmosphärischen Bedingungen. Damit können Fragen aus Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle in verschiedensten Be reichen (Polymere, Baustoffe, Mineralien, Pharmazeutika, Lebensmittel etc.) beantwortet werden. Auswahl thermischer Ereignisse und Vorgänge, die mittels TGA bestimmt werden können Quantitative Gehaltsanalyse (Feuchtigkeit, Füllstoffe, Polymeranteil, Wirkstoffe etc.) Adsorption und Desorption von Gasen und Lösemitteln und Solvaten Kinetik von Zersetzungsprozessen Sublimieren, Verdunsten und Verdampfen Thermische Stabilität Oxidationsreaktionen und Oxidationsstabilität Identifikation von Zersetzungsprodukten Sorption und Desorption von Feuchtigkeit Pseudopolymorphie Bestimmung von Curie-Temperaturen 10

11 Fasergehalt in Kompositmaterialien Duroplaste werden oft mit Fasermaterialien verstärkt, um ihre Steifigkeit zu erhöhen. Die Bestimmung des Fasergehaltes ist eine regelmässig Aufgabe in der Qualitätskontrolle. Die Messung wurde in Luft durchgeführt. Die erste Ableitung der TGA-Kurve (DTG) ist proportional zur Zersetzungsgeschwindigkeit. Die Reaktionen, welche bei ca. 300 C ablaufen, sind für die Flammresistenz verantwortlich. Ein Bromisotop wurde mittels TGA-MS als Zersetzungsprodukt identifiziert. Der Rest des Matrixharzes verbrennt in Luft zwischen 450 und 550 C und hinterlässt das Glasgewebe. Die Probe bestand zu 57.6% aus Glasfasern. Russgehalt in Polyethylen Polyethylen (PE), der Hauptbestandteil, pyro lisiert in Stickstoffatmosphäre zwischen 400 und 600 C. Der als Füllstoff eingesetzte Russ verbrennt nach Wechsel der Atmosphäre zu Luft bei 650 C. Je höher die spezifische Oberfläche oder Aktivität des Russes, desto schneller geschieht dessen Oxidation. Die untersuchte Probe hatte einen Polymeranteil von 97.3% und einen Russgehalt von rund 2.6%. Zusammensetzung von SBR Bei der Gummianalyse wird die Probe zu nächst unter inerten Bedingungen auf 600 C aufgeheizt. Dabei verdampfen die leicht flüchtigen Komponenten (Weichmacher, häufig Öle). Ab etwa 400 C beginnt die Pyrolyse der Polymere. Bei 600 C wird auf oxidative Atmosphäre umgeschaltet. In der Folge verbrennt der zugemischte Russ. Als Rest verbleiben die anorganischen Komponenten. Die im Beispiel untersuchte SBR- Probe enthält 6.4% Weichmacher, 68.2% Polymer und 21.8% Russ. Der Rückstand (vor allem Zinkoxid) beträgt 3.6%. 11

12 Gewichtsverlust beim Trocknen Die einfachste Methode, sich einen Überblick über das Wasserabgabeverhalten einer pharmazeutischen Substanz zu verschaffen, ist die Anwendung einer Stan - dardmethode, wie z. B. USP Gewichtsverlust beim Trocknen. Die Beispiele zeigen die Gewichtsverluste von Amilorid Dihydrat (oben) und Imipenem (unten). Im Falle von Imipenem wurde unter Vakuum bei 2.5 kpa gemessen. Die Messung beider Proben nach Norm resultierte in einem Gewichtsverlust durch Wasserabgabe. Beide Substanzen liegen mit 11.8 bzw. 6% Gewichtsverlust innerhalb der in den Monographien erlaubten Toleranzen. Gipsgehalt in Zement Gips wirkt im Zement als Erstarrungsverzögerer und kommt als Di- und Hemihydrat vor. Um die beiden Gipsarten im Zement mit der Thermowaage voneinander zu unterscheiden, werden Tiegel verwendet, die mit einem Deckel mit 50 µm Loch verschlossen sind. Die TGA-Kurve zeigt, dass neben der Dehydrierung des Gipses noch ein weiterer Massenverlust stattfindet. In dem Fall ist es einfacher, die Massenverluste durch Integration der Peaks auf der ersten Ableitung der TGA Kurve zu bestimmen. Die auf Grund der so bestimmten Massenverluste berechneten Anteile an Di- und Hemihydrat stimmen gut mit den Angaben des Her stellers überein. Schnelle Kohlenanalyse Thermogravimetrische Analyse bietet eine bequeme Methode, um die Qualität von Kohle und Koks in rund 20 Minuten zu beurteilen. Dabei werden Feuchtigkeit, flüchtige Substanzen, gebundener Kohlenstoff und Asche zuverlässig quantifiziert. Je höher der Quotient aus brennbaren zu nicht brennbaren Bestandteilen ist, desto wertvoller ist die Kohle. Die Auswertung zeigt die Analyse einer ASTM Standardkohle. Bis zum ersten isothermen Segments bei 900 C wird in Stickstoff, im letzten Segment nach automatischem Umschalten in Sauerstoff gemessen. 12

13 Restlösemittel in pharmazeutischen Wirkstoffen Viele pharmazeutische Produkte werden in Lösemitteln umkristallisiert, wobei geringe Reste des Lösemittels als Solvate verbleiben können. Um derartige unerwünschte Restgehalte feststellen und identifizieren zu können, eignet sich eine kombinierte Technik wie TGA-MS. Im Beispiel wurden in vorausgehenden Produktionsstufen Methanol und Aceton verwendet. Im Massenspektrometer lassen sich diese Substanzen anhand der Massen 43 und 31 leicht identifizieren. Die Messergebnisse zeigen z.b., dass die Gewichtsverluststufe bei 215 C fast ausschliesslich auf die Abgabe von Aceton zurückzuführen ist. Thermisches Verhalten von Kabelisolation Mittels TGA-FTIR wurde analysiert, ob bei der thermischen Behandlung während der Verarbeitung von ETFE-Kabelisoliermaterial korrosive Bestandteile entstehen können. Die Untersuchung der Isolation ergab, dass die Probe ab 275 C flüchtige Substanzen abgibt. Ein während der Hauptzersetzung bei 510 C aufgenommenes IR-Spektrum zeigt, dass als Zersetzungsprodukte Alkylfluoride und Fluorwasserstoff (HF, Wellenzahlen 3500 bis 4000 cm -1 ) entstehen. Bei hohen Temperaturen wird also HF freigesetzt, der Metallanschlüsse angreifen könnte. Da die Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen erfolgt, kann ETFE gut verwendet werden. Dynamische Sorptionskurve Die TGA-Kurve zeigt die Aufnahme und Abgabe von Feuchte als Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit (RH). Die Methode umfasst: Temperaturprogramm mit einem Vorkonditioniersegment (Dehydratisierung) bei 120 C (gepunktete Kurve) Anstieg von RH in 10% Stufen mit Equilibrierung (rote Kurve) Resultierende Gewichtsänderung für jede 10% Änderung von RH (schwarze Kurve) Bei RH von ca. 50% hat die Substanz ihr ursprüngliches Kristallwasser wieder aufgenommen. Weiterer Anstieg von RH resultiert in der Aufnahme von freiem Oberflächenwasser, das wieder abgegeben wird, sobald RH verringert wird. 13

14 TGA 2 Spezifikationen Temperaturangaben Kleiner Ofen Grosser Ofen Temperaturbereich RT 1100 ºC RT 1100 ºC Temperaturgenauigkeit 1) ±1 K ±1 K Temperaturpräzision 1) ±0.4 K ±0.6 K Heizrate 2) K/min K/min Abkühlzeit 20 min ( ºC) 22 min ( ºC) Abkühlzeit mit Helium 10 min ( ºC) 11 min ( ºC) Probenvolumen 100 µl 900 µl Spezialmodi Automatisierung MaxRes optional TGA-MS, TGA-FTIR, TGA-GC/MS Vakuum >10 mbar >10 mbar TGA-Sorption nein optional Waagenangaben XP1 XP1U XP5 XP5U Wägebereich 1 g 1 g 5 g 5 g Auflösung 1.0 µg 0.1 µg 1.0 µg 0.1 µg Wägegenauigkeit 0.005% 0.005% 0.005% 0.005% Wägepräzision % % % % Wiederholbarkeit <0.001 mg < mg <0.002 mg < mg Typisches Minimum Gewicht 3) 0.19 mg 0.16 mg 0.22 mg 0.17 mg Typisches USP Minimum Gewicht 3) 4) 1.9 mg 1.6 mg 2.2 mg 1.7 mg Interne Ring-Referenzgewichte 2 Blindkurvenreproduzierbarkeit besser als ±10 μg über den gesamten Temperaturbereich Abmessungen Breite/Tiefe/Höhe Gewicht Stromversorgung 52/63/28 cm (62.5 cm mit Probenwechsler) 40 kg (44 kg mit Probenwechsler) 230 V, 60 Hz, 6 A oder 115 V, 50 Hz, 12 A Zulassungen IEC/EN :2001, IEC/EN :2003 CAN/CSA C22.2 No UL Std No A-1 EN :2006 (Class B) EN :2006 (industrial environments) FCC, Part 15, class A AS/NZS CISPR 22, AS/NZS Konformitätszeichen: CE 1) bezogen auf Curie Referenzsubstanzen 2) abhängig von der Gerätekonfiguration 3) hängt von Instrumentaufstellort und -zustand ab 4) USP = United States Pharmacopeia Für mehr Information Mettler-Toledo AG, Analytical CH-8603 Schwerzenbach,Schweiz Tel Fax Qualitätszertifikat. Entwicklung, Produktion und Prüfung nach ISO Umweltmanagement-System nach ISO Technische Änderungen vorbehalten 4/2015 Mettler-Toledo AG, Marketing MatChar / MarCom Analytical «Conformité Européenne». Dieses Zeichen gibt Ihnen die Gewähr, dass unsere Produkte den neuesten Richtlinien entsprechen.