В лаборатории химических сенсоров и определения газообразующих примесей Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) профессором Зуевым Б.К. предложен и запатентован принципиально новый способ исследования термодеструкции органических веществ.

Изделия из полимерных материалов очень широко используются в быту и промышленности. Причём часто эти изделия, подвержены температурному воздействию, которое может приводить к изменению формы и к их разрушению. Происходит термическая деструкция (термодеструкция) — совокупность разрушительных химических процессов в пластмассе, протекающих при повышенной температуре. При этом происходит разрушение изделия из пластмассы, а также возможно выделение вредных веществ в окружающую среду. Для исследования физико-химических свойств полимерных материалов, связанных с их нагревом, традиционно используются два метода — термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия. Автором предложен принципиально новый способ исследования термодеструкции органических веществ. Метод получил название термоокислительная спектроскопия — окситермография.

Способ основан на программированном температурном окислении образца в потоке воздуха или бинарной смеси кислород-инертный газ с линейным нагревом в интервале 5–100 градусов в минуту. При определённой температуре начинается окисление органического вещества на что расходуется кислород, также в потоке проявляются другие газы. Регистрируя содержания кислорода на выходе из реактора можно исследовать кинетику термодеструкции полимера и определить начальную температуру разрушения. Способ был применён для исследования термодеструкции образцов полипропилена с добавкой диоксида титана и без неё. Показано, что добавка 5% TiO₂ снижает температуру начала термооксислительной деструкции полимера.

По своей сущности метод напоминает метод термогравиметрии, в котором измеряется потеря веса вещества в результате его термодеструкции при программированном нагреве образца. В окситермографии также имеет место уменьшение массы исследуемого образца в процессе его программируемого нагрева. Однако в окситермографии, в отличие от термогравиметрии, мерой протекания химических процессов в исследуемом образце является потребление (или выделение кислорода) в процессе программированного нагрева образца в газовой атмосфере. При этом имеет место существенно более высокая чувствительность и более низкие пределы обнаружения по сравнению с термогравиметрией. Способ позволяет исследовать плёночные образцы малой массой от 0,1 мг.

Для апробирования нового метода создан экспериментальный стенд, в котором в качестве газовой среды, где происходит программируемое окисление образцов, используется воздух.

Показана возможность данного метода для анализа объектов окружающей среды, а именно, безреагентное экспрессное определение окисляемости в природных и сточных водах, определение фракционного состава органических веществ природных вод, суммарное содержание органических веществ в почвах, грунтах, донных отложениях, также для изучения органического вещества на поверхности кожи человека и трансдермальных свойств кожи.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ.

Источник: пресс-служба ГЕОХИ РАН.