Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу
Samples of butoxyaerosil were exposed to ozone atmosphere and examined by temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) in the interval from room temperature up to 800oC. Thermal intervals of stability have been found from experimental data and ozonolysis products have been identified...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2003
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/108 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291200338460672 |
|---|---|
| author | Skorobogaty, T. V. Pokrovskiy, V. A. |
| author_facet | Skorobogaty, T. V. Pokrovskiy, V. A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "T. V. Skorobogaty",
"institution": "Інститут хімії поверхні НАН України"
},
{
"author": "V. A. Pokrovskiy",
"institution": "Інститут хімії поверхні НАН України"
}
] |
| author_sort | Skorobogaty, T. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:42:00Z |
| description | Samples of butoxyaerosil were exposed to ozone atmosphere and examined by temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) in the interval from room temperature up to 800oC. Thermal intervals of stability have been found from experimental data and ozonolysis products have been identified. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:30:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
Хімія, фізика та технологія поверхні. 2003. Вип. 9. С.52-55
УДК 541.183 + 537.534
ТЕМПЕРАТУРНО-ПРОГРАМОВАНА ДЕСОРБЦІЙНА
МАС-СПЕКТРОМЕТРІЯ У ВИВЧЕННІ ГЕТЕРОГЕННОГО
ОЗОНОЛІЗУ БУТОКСИАЕРОСИЛУ
Т.В. Скоробогатий, В.О. Покровський
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
вул. Ген. Наумова 17, 03680 Київ-164
Зразки бутоксиаеросилу були витримано в атмосфері озону і досліджено методом
температурно-програмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД МС) в інтервалі від
кімнатної температури до 800oC. З експериментальних даних визначено термічні інтер-
вали стабільності та ідентифіковано продукти озонолізу.
Samples of butoxyaerosil were exposed to ozone atmosphere and examined by
temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) in the interval from room
temperature up to 800oC. Thermal intervals of stability have been found from experimental data
and ozonolysis products have been identified.
Вступ
Добові варіації температури в верхніх шарах атмосфери можуть бути адекватно
модельовані змінами температури в процесі температурно-програмованого десорбційного
мас-спектрометричного (ТПД МС) експерименту, що зазвичай складають 20-900оС, при
швидкості зміни температури приблизно 0,1oC/с. Вакуумні умови мас-спектрометричного
експерименту також подібні до стратосферних: продукти реакцій видаляються з поверхні
нанорозмірних частинок. Подальший розвиток моделювання і експерименту повинен
включати додаткові фактори, що впливають на перебіг гетерогенних реакцій в атмосфері
та стратосфері (ультрафіолетове опромінювання, корпускулярні пучки тощо).
Метою цього дослідження було вивчення характерних особливостей озонолізу фі-
зично та хімічно адсорбованих молекул бутанолу як моделі озон-руйнуючих сполук на
поверхні нанорозмірних атмосферних та стратосферних аерозолів.
Експериментальна частина
Бутоксиаеросили були синтезовані на Калуському експериментальному виробниц-
тві Інституті хімії поверхні НАН України. Зразки витримувались в атмосфері озону протя-
гом 15, 30, 60, 120 та 240 хв.
Озон, використаний в експерименті, вироблявся в формі сухої кисень-озонної су-
міші на генераторі, розробленому в Інституті хімії поверхні НАН України. Озоноліз від-
бувався в скляному об’ємі в надлишку озону в потоці (1,5 г/год.). Концентрація озону під-
тримувалася постійною на рівні 2% за допомогою фотометричного контролю. Зразки, об-
роблені протягом вищевказаного часу, розміщувалися в камері мас-спектрометра для по-
дальшого аналізу. ТПД МС експеримент був виконаний на оригінальному приладі на ос-
нові мас-спектрометра MX 7304A (Суми, Україна) і мав такі технічні характеристики: діа-
пазон мас 1- 400 Д; розподільна здатність 1 M на висоті 10%; швидкість зміни температу-
ри (0,05-30) oC/хв.; верхня межа температури 800oC.
53
Рис. 1. Термограми (m/z 31, 41, 56, 71) температурно-програмованого розкладу бутоксиа-
еросилів: a – вихідний зразок; b – зразок після дії озону протягом 30 хв.; c – зразок
після дії озону протягом 4 год.
Леткі продукти термічного розкладу досліджувалися таким чином. Дисперсні зраз-
ки масою 0,1-1 мг розміщувалися в кварц-молібденовій кюветі та відкачувалися до вакуу-
му 10-1 Пa, а потім приєднувалися до системи напуску мас-спектрометра. Інтерфейс реак-
тор/мас-спектрометр включає вакуумний вентиль з діафрагмою 5 мм та трубку напуску
довжиною 20 см. Реакційний простір відкритий в напряму джерела іонів, і при застосова-
ній швидкості підігріву (біля 0,1 oC/с) інтенсивність іонного струму очікується пропорцій-
ною швидкості десорбції, отже, дифузійними ефектами можна знехтувати.
I, arb.
с
b
I, відн.од.
I, відн. од.
I, відн. од.
с
a
tоС
tоС
tоС
b
54
Результати та їхнє обговорення
Термограми озонолізу бутоксиаеросилу, наведені вище (рис. 1), одержані для трьох
аналогічних зразків, один з яких не мав контакту з озоном (рис. 1, а), два інші були експо-
новані в потоку озону у протягом 30 (рис. 1, b) та 240 (рис. 1, c) хв. П’ять масових чисел, а
саме m/z = 31, 41, 56, 71, 89, було обрано для відображення загальної картини взаємодії
бутоксиаеросилу з озоном.
Як це випливає з рис. 1, термічна десорбція летких продуктів з поверхні досліджених
зразків характеризується двома максимумами термічної десорбції. Мас-спектри продуктів
десорбції, що спостерігалися в кожному з цих максимумів, наведені на рис. 2. Характерні
температури максимумів десорбції з поверхні вихідного зразка бутоксиаеросилу дорів-
нюють відповідно 68 та 507оС. Наведені на рис. 2 мас-спектри одержані для цього зразка і
відповідають рис. 1, а.
Рис. 2. ТПД мас-спектр бутоксиаеросилу: a - при 68оС; b- при 507оС.
Як це випливає з аналізу мас-спектра (а), одержаного при температурі 68оС, характер-
не співвідношення компонент відповідає виділенню молекулярного бутанолу. Можна
припустити, що наявність бутанолу на поверхні пояснюється залишками модифікатора в
процесі одержання бутосиаеросилу або фізичною адсорбцією молекул бутанолу, що утво-
рюються при гідролізі бутоксигруп на поверхні аеросилу. Незалежно від походження бу-
танолу, присутність лінії при m/z=31 вказує на наявність саме бутанолу як головного про-
дукту термічної десорбції з поверхні бутоксиаеросилу при цій температурі.
Порівняння термограм рис. 1, а та рис. 1, b вказує однозначно на те, що протягом
перших тридцяти хвилин з озоном реагує переважно фізично адсорбований бутанол, і ін-
тенсивність максимуму бутанолу зменшується до 30% початкового рівня.
Порівняння зі зразком (c) свідчить, що подальшого зменшення не спостерігається
протягом чотиригодинного експерименту. Це означає, що озоноліз фізично адсорбованого
бутанолу завершився протягом тридцяти хвилин, але біля тридцяти процентів бутанолу
недосяжні для подальшого озонолізу.
Щодо термічного розкладу бутоксигруп, локалізованих на поверхні бутоксиаеро-
силу, то аналіз термограм на рис. 1, a-c, вказує, що їхній озоноліз відбувається монотонно
і набагато повільніше, ніж озоноліз фізично адсорбованого бутанолу. Протягом чотирьох
годин кількість бутоксигруп зменшується приблизно на 30%.
Слід звернути увагу на утворення нового максимуму на рис. 1, c для характеристи-
чних значень компонент мас-спектра з масовими числами m/z = 71, 89. Дуже важливим є
той факт, що згадані маси іонів-фрагментів відповідають масам, більшим за молекулярну.
Видається вірогідним, що ці фрагменти утворюються шляхом приєднання атомів кисню
b a b
55
до продуктів розкладу бутоксигруп. Характерною рисою розкладу згаданих іонів є наяв-
ність в мас-спектрі характерних іонів СНО+ (m/z=29) та СН2О+ (m/z=30). Повна ідентифі-
кація всіх іонів фрагментів в цих мас-спектрах потребує подальших досліджень.
Таким чином, встановлено, що на поверхні бутоксиаеросилу присутні як молекули
бутанолу в фізично адсорбованому стані, так і бутоксигрупи, хемосорбовані активними
центрами поверхні. Десорбція бутанолу спостерігалася в температурному інтервалі 40-
120oC, тоді як виділення бутену, продукту термічного розкладу бутоксигруп, тривало від
420 до 570oC. Ці результати аналогічні опублікованим в роботі [3]. Було показано, що
окиснення бутоксиаеросилу починається з фізично адсорбованої форми. Після півгодин-
ної дії озону спостерігалися продукти окиснення з низькими молекулярними масами, що
відповідали молекулам Н2О, СО, СН2О, як у фізично адсорбованому (максимум при 80оС),
так і в хемосорбованому стані (максимум при 250оС). При подальшій дії озону хімічно ад-
сорбовані продукти зникають з мас-спектра.
Висновки
Молекули води, спостережені в мас-спектрі після півгодинної дії озону, демон-
струють додатковий максимум при проміжних температурах (140оС), який також зникає з
мас-спектрів при подальшій дії озону. Продукти окиснення бутоксигруп включають кисе-
ньвмісні фрагменти з масовими числами m/z = 60, 71, 89, 101, більшими, ніж молекулярна
маса бутену (m/z =.56). Всі вони знаходяться в фізично адсорбованому стані на поверхні
бутоксиаеросилу (температура максимуму біля 100оС). Експериментальні дані показують,
що близько 30% фізично адсорбованого бутанолу та 70% бутоксигруп не вступають в реа-
кцію при обробці озоном протягом чотирьох годин.
Подяка
Автори вдячні С.І. Прокопенку та В.В. Осипову за допомогу в обробці озоном зра-
зків бутоксиаеросилу.
Література
1. Pokrovskiy V.A. Temperature-programmed desorption mass spectrometry// J. Therm. Anal.
Cal. - 2000.-V.62, N2. - P.407-415.
2. TPD MS Studies of butosil ozonolysis/ V.A. Pokrovskiy, T.V. Skorobogatyy,
G.M. Kruchenitskiy// Proc. 40th ASMS Conf. on Mass Spectrometry and Allied Topics
(Chicago, Illinois, May 27-31, 2001).- P.271-272.
3. Gunko V.M., Pokrovskiy V.A. Temperature-programmed desorption mass spectrometry of
butoxy-silyl groups on silica surfaces// Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes. - 1994. – V.148.
- P.45-54.
УДК 541.183 + 537.534
УДК 541.183 + 537.534
УДК 541.183 + 537.534
УДК 541.183 + 537.534
УДК 541.183 + 537.534
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
вул. Ген. Наумова 17, 03680 Київ-164
Вступ
Висновки
Подяка
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-108 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:03:45Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/c3/a322e2ae04fffec5bcab59fecdfa16c3.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-1082018-11-27T09:42:00Z Temperature-Programmed Desorption Mass-Spectrometry in the Study on Heterogeneous Ozonolysis of Butoxyaerosil Temperature-Programmed Desorption Mass-Spectrometry in the Study on Heterogeneous Ozonolysis of Butoxyaerosil Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу Skorobogaty, T. V. Pokrovskiy, V. A. Samples of butoxyaerosil were exposed to ozone atmosphere and examined by temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) in the interval from room temperature up to 800oC. Thermal intervals of stability have been found from experimental data and ozonolysis products have been identified. Samples of butoxyaerosil were exposed to ozone atmosphere and examined by temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD MS) in the interval from room temperature up to 800oC. Thermal intervals of stability have been found from experimental data and ozonolysis products have been identified. Зразки бутоксиаеросилу були витримано в атмосфері озону і досліджено методом температурно-програмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД МС) в інтервалі від кімнатної температури до 800oC. З експериментальних даних визначено термічні інтервали стабільності та ідентифіковано продукти озонолізу. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2003-06-14 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/108 Surface; No. 9 (2003): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 52-55 Поверхность; № 9 (2003): Химия, физика и технология поверхности; 52-55 Поверхня; № 9 (2003): Хімія, фізика та технологія поверхні; 52-55 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/108/107 Авторське право (c) 2003 Т.В. Скоробогатий, В.О. Покровський |
| spellingShingle | Skorobogaty, T. V. Pokrovskiy, V. A. Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title | Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title_alt | Temperature-Programmed Desorption Mass-Spectrometry in the Study on Heterogeneous Ozonolysis of Butoxyaerosil Temperature-Programmed Desorption Mass-Spectrometry in the Study on Heterogeneous Ozonolysis of Butoxyaerosil |
| title_full | Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title_fullStr | Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title_full_unstemmed | Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title_short | Температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| title_sort | температурно-програмована десорбційна мас-спектрометрія у вивченні гетерогенного озонолізу бутоксиаеросилу |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/108 |
| work_keys_str_mv | AT skorobogatytv temperatureprogrammeddesorptionmassspectrometryinthestudyonheterogeneousozonolysisofbutoxyaerosil AT pokrovskiyva temperatureprogrammeddesorptionmassspectrometryinthestudyonheterogeneousozonolysisofbutoxyaerosil AT skorobogatytv temperaturnoprogramovanadesorbcíjnamasspektrometríâuvivčennígeterogennogoozonolízubutoksiaerosilu AT pokrovskiyva temperaturnoprogramovanadesorbcíjnamasspektrometríâuvivčennígeterogennogoozonolízubutoksiaerosilu |