热程控脱附仪TPD.PDFVIP

熱程控脫附儀(TPD) 一.實驗目的 ： 本儀器裝置為熱程控脫附儀 ，主要是利用升溫速率與惰性氣體的控制方式 ， 對樣品進行吸脫附反應 ，以求得到樣品的熱力學性質 ，並搭配氧化 、還原性氣體 ， 可做樣品的氧化 、還原反應 。固態物質的原始特徵 ，可藉由其物理 、化學特性 ， 本身結構 ，表面狀態 、與活性 ，來做明顯的表現 ，尤其當用在催化系統時 ，更有 一定的重要性 。 而本儀器主要實驗目的 ，便是將固態物質 ，基本的活性行為 ，藉著定量上的 量測 ，了解到其本身化學結構上的改變 ，進而得到其熱性質與他種化學物質的存 在與表現 。 二.實驗原理與方法 1.熱程控脫附反應 （Temperature Programmed Desorption ）： 在 TPD 模式下 ，可分析 ，在催化劑表面活性基的強度 、數量與形態 ，進而 決定在升溫梯度下 ，從催化劑脫附出來的氣體脫附量 。通常 ，我們會在分析前會 做除氣 （degass ）、還原 、或其他前處理 ，目地是為了去除污染。例如殘留在樣 品表面的水氣 ，而選擇的反應性氣體 ，在流通穿越樣品表面時 ，在表面的活性基 與反應性氣體間發生反應 。 當反應性氣體對樣品的化學吸附停止時 ，表示樣品隨著溫度的上升 ，脫附現 象已經開始表現出來 。也就是說 ，當溫度增加超過此氣-固平衡系統的能量時 ， 被吸附物與吸附劑間的分子鍵結被打斷 ，此時熱脫附現象將出現 。而當脫附分子 被乘載氣體遷移時 ，會被 TCD 偵測到 。經由量測 、計算 ，可得前後改變的脫附 分子濃度 ，並將其視為參考的依據 。脫附元素的體積也可由校正好的儀器來計 算 ，並搭配化學反應與脫附溫度 ，以便計算出活性基的數量與強度 。 2.熱程控還原反應 （Temperature Programmed Reduction）： TPR 分析可決定樣品上還原性基的總數 ，在通入氣體狀態下 ，自身還原反應 時的溫度 ，反應性氣體的濃度 、樣品的數量與升溫速率 。用來分析此種類型的氣 體 ，為混合的反應性氣體 ，通常為 95%H2 搭配 5%Ar 或 N2 。 一般樣品需先經氧化或一些前處理 ，去除可能的雜質 。在分析時 ，樣品必須 經由升溫與在穩定流動下的混合性氣體 ，來做處理 。需注意的是 ，此反應在室溫 下容易進行 ，如果氣體的流速太低時 ，反應會被忽略 。 在特定溫度下 ，此反應速率變為是不可忽略的因素 ，會影響到由 TCD 所偵 測到的 H2 消耗量 ，進而得知樣品表面還原基的數量 。所以 ，TPR 分析模式可確 定樣品 ，所包括的物質 ，其不同狀態的還原反應所呈現出來的現象 。 3.熱程控氧化反應 （Temperature Programmed Oxidation ）： TPO 分析模式可用來估算 ：樣品在混合性氣體 （O /He 5% ）下進行氧化反 2 應時 ，其溫度的範圍 、以及有何種反應基存在此樣品內 ，在此模式下 ，樣品也必 須做前處理 ：金屬氧化物在混合性氣體與升溫處理前 ，先由純 H2 來還原 ，以便 去計算 O2 的消耗量 。 【注意】 1. TPD 為表面的分析型式 ，TPR 、TPO 為質量的分析型式 2. 任何化學吸附或脫附的分析 ，數據的好壞 ，往往取決於前處理是否 有完全 、詳細 。 三. 樣品的準備 一般來說 ，樣品的重量範圍在 0.005g- 1g 之間 ，主要取決於樣品本身的特性 。 形態上可包括 ，粉末 、顆粒 、球狀的固態物質 。 四. 儀器結構 如圖一 ，將區分為左 、中 、右區來做說明 ： 左區 ：內有 2 個加熱爐 （Oven），用途是將樣品玻璃管 （external ）做加熱 ，以便 前處理與分析之用。上方另有樣品玻璃管的插入口、以及進出氣體的接口。 中區 ：上面有 by-bass 的旋轉鈕與 TCD 歸零鈕 ，下面則有可吸附殘餘氣體的吸附 劑與洩氣孔 ，以保持 TCD 乾燥而延長其使用壽命 。 右區 ：中央為數位控制儀表板，可用來選擇所需要的處理模式 、加熱爐內的狀態 。 但一般用電腦控制較為恰當 。 圖一 、熱程控脫附儀正面圖 五.