[发明专利]一种基于热分析-红外分析联用从复杂反应中计算单一反应动力学的方法

说明书

一种基于热分析‑红外分析联用从复杂反应中计算单一反应动力学的方法，采用热分析‑红外分析联用的测试手段，将热分析产生的气态产物通过红外吸收光谱进行在线检测，实时记录气体产物的红外吸收光谱信息并进行气体成分解析和流量计算；选取能够代表单一反应过程的特征气体产物，提取特征气体单组分的流量数据，经数学处理后转化为“反应转化率‑时间(温度)”的数据点，根据数据点进行单一反应的动力学计算。与现有技术相比，本发明解决了传统热分析动力学由于采用TG或者DSC数据而无法从重合的复杂反应过程中计算单一反应动力学的难题，为复杂反应中单一反应的研究和控制提供了一种实现手段，拓展了热分析动力学的应用范围。

技术领域

本发明属于测试分析技术领域，特别涉及一种基于热分析-红外分析联用从复杂反应中计算单一反应动力学的方法。

背景技术

动力学分析是材料研究的基础方法之一。通过动力学分析，能够获得材料的热反应特征、动力学参数(如表观活化能、指前因子等)、反应机理和动力学方程等。传统的动力学分析方法是采用热分析，利用热分析试验得到的TG或者DSC数据计算反应转化率数据，再对反应转化率-温度(或时间)数据按照动力学算法进行拟合计算，从而得到表观活化能、指前因子和反应机理等参数和动力学方程。对于包含多种物质或存在多步反应的样品来说，在反应过程中通常会发生多种温度范围相互重叠的单一反应。对于这类样品，热分析测试得到的TG和DSC数据是多个单一反应的质量变化叠加或者热量变化叠加的结果，因而无法区分复杂反应中每个单一反应的信息。因此，对于复杂反应采用传统方法只能得到宏观动力学方程，而无法对其中的单一反应进行分析和动力学计算。在科学研究和生产实践中，通常涉及需要从复杂反应中分离出某些重要单一反应进行研究和控制的情景，而现有动力学方法对与这类需求通常是无能为力的。因此，发明新的方法解决复杂反应中单一反应动力学的计算问题十分必要。

发明内容

为了克服传统动力学方法的上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于热分析-红外分析联用从复杂反应中计算单一反应动力学的方法，采用热分析-红外分析联用的测试方法，对释放的气体产物的种类进行鉴别和流量计算，提取待研究的单一反应的特征气体的流量数据，进行一系列加工和处理后，获得单一反应的“反应转化率-时间(温度)”的数据点，再运用适当的动力学方法进行单一反应动力学的计算，从而为复杂反应中单一反应动力学的计算提供了一种新的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于热分析-红外分析联用从复杂反应中计算单一反应动力学的方法，包括以下步骤：

步骤一，以固定的升温速率进行热分析-红外分析联用测试，将热分析产生的气态产物通过红外吸收光谱进行在线检测，实时记录气体产物的红外吸收光谱信息。根据不同的动力学计算方法的要求，测试采用的固定升温速率可以是一个或者多个；

步骤二，对红外吸收光谱数据进行解析，确定释放气体产物组分的种类，选择能够代表待研究单一反应的特征气体产物。所选择的特征气体产物必须具备唯一识别待研究单一反应的特征，并且其释放过程伴随单一反应的全过程。对选择的特征气体，计算其释放的流量随时间的变化数据，以时间(或温度)为横坐标、以特征气体的流量数据为纵坐标进行绘图，得到特征气体产物释放流量与时间(或温度)关系图。

其中，计算特征气体释放的流量随时间的变化数据的方法如下：

步骤1，将热反应产生的混合气体接入红外吸收光谱仪，对混合气体进行红外吸收光谱测量，得到包含波数、吸光度和时间三个坐标轴的三维红外吸收光谱图；

(1)对于易液化的气体产物，采取保温或气氛加速驱动的处理措施，防止气体产物液化，确保实时监测能够连续稳定运行；

(2)对于含尘气体，设置粉尘净化装置，以免造成红外吸收光谱分析系统堵塞，或者影响测量精度；

(3)对于水蒸气不作为检测组分的分析，设置干燥装置除去水蒸气，以免对微量组分的红外吸收造成干扰甚至屏蔽。