Tidsanalys av produkter
Temporal Analysis of Products (TAP), (TAP-2), (TAP-3) är en experimentell teknik för att studera kinetiken för fysikalisk-kemiska interaktioner mellan gaser och komplexa fasta material, främst heterogena katalysatorer . TAP-metoden är baserad på korta pulssvarsexperiment vid lågt bakgrundstryck (10 −6 -10 2 Pa), som används för att undersöka olika steg i en katalytisk process på ytan av ett poröst material inklusive diffusion , adsorption , ytreaktioner och desorption .
Historia
Sedan dess uppfinning av Dr. John T. Gleaves (då på Monsanto Company ) i slutet av 1980-talet, har TAP använts för att studera en mängd industriellt och akademiskt relevanta katalytiska reaktioner, som överbryggar gapet mellan ytvetenskapliga experiment och tillämpad katalys. De toppmoderna TAP-installationerna (TAP-3) ger inte bara bättre signal-brusförhållande än första generationens TAP-maskiner (TAP-1), utan möjliggör också avancerad automatisering och direkt koppling med andra tekniker .
Hårdvara
TAP-instrumentet består av en uppvärmd mikroreaktor med packad bädd ansluten till ett vakuumsystem med hög genomströmning, ett pulserande grenrör med snabba elektromagnetiskt drivna gasinjektorer och en Quadrupole Mass Spectrometer (QMS) placerad i vakuumsystemet under mikroreaktorns utlopp.
Experiment
I ett typiskt TAP-pulssvarsexperiment införs mycket små (~10 -9 mol) och smala (~100 μs) gaspulser i den evakuerade (~10 -6 torr ) mikroreaktorn som innehåller ett katalytiskt prov. Medan de injicerade gasmolekylerna passerar mikroreaktorns packning genom de mellanliggande tomrummen, möter de katalysatorn på vilken de kan genomgå kemiska omvandlingar. Okonverterade och nybildade gasmolekyler når så småningom reaktorns utlopp och flyr in i en intilliggande vakuumkammare, där de detekteras med millisekunders tidsupplösning av QMS. Exit-flödeshastigheterna för reaktanter, produkter och inerta molekyler som registrerats av QMS används sedan för att kvantifiera katalytiska egenskaper och härleda reaktionsmekanismer. Samma TAP-instrument kan vanligtvis rymma andra typer av kinetiska mätningar, inklusive atmosfärstryckflödesexperiment (10 5 Pa ), temperaturprogrammerad desorption (TPD) och Steady-State Isotopic Transient Kinetic Analysis (SSITKA).
Dataanalys
Den allmänna metoden för TAP-dataanalys, utvecklad i en serie artiklar av Grigoriy (Gregory) Yablonsky , är baserad på att jämföra ett inertgassvar som endast styrs av Knudsen-diffusion med ett reaktivt gassvar som styrs av såväl diffusion som adsorption och kemiska reaktioner på katalysatorprovet. TAP-pulssvarsexperiment kan effektivt modelleras av en endimensionell (1D) diffusionsekvation med en unik enkel kombination av randvillkor.