熱分析-STA 含碳物碳黑定量分析

碳是自然界中最常見的元素之一，廣泛應用在橡膠工業之外，在塑料、油墨塗料及導電導熱等應用領域。在輪胎的主成分橡膠之中添加碳黑是作為橡膠的補強劑，碳黑可與橡膠分子鏈形成穩定的化學鍵，因而達到補強效果。而在塑料產業＆電線電纜添加碳黑，除了染色之外也能提供增加機械強度、抗老化等功能，而碳黑良好的導電性、導熱性也能透過添加給予製品提升導電及導熱的特性。

因此在產品內添加得碳黑多寡則會影響製品本身的性能，要如何確定碳含量則會是在配方分析或是品質控管的一個方向。

常用來測試樣品成份比例的熱重分析儀則會是測試的首選，熱重分析儀透過加熱爐升溫並透過秤重的模組即時的量測，待樣品內成分受熱分解時重量變輕而得到樣品成分的定量分析。測試時為了避免氧氣的干擾產生氧化一般來說會在設備內通氮氣等惰性氣體，避免氧化而導致測試的失準。但是碳本身的耐熱性非常好常規的測試方法沒辦法將炭跟其他同樣耐熱的無機物雜質分離。

碳燃燒時的化學式為：C + O2 →CO2 而當氧氣不足時：2C + O2 →2CO這樣的反應在使用設備時通入氧氣既可測試到碳的重量，一般來說成品的測試要確定碳含量由於氧氣會與其他成分造升溫時造成氧化反應因此要測試時通常會使用氣體切換的方式進行。

先使用氮氣讓溶劑or 橡膠等高分子主成份裂解來確認其含量，在600℃之後切換成氧氣來讓碳氧化分解來測試碳含量及其灰份的含量。另外傳統的TGA只能看到重量的變化沒辦法區分氧化分解以熱裂解的差別，HITACHI Nexta STA 是結合TGA與DSC除了上述的重量定量之外也能透過其DSC的功能來了解升溫過程中吸熱及放熱的訊號。由於熱裂解會吸熱、氧化會放熱因此可以很容易地去確認目前樣品實際發生的狀況。