Análisis temporal de productos

El Análisis Temporal de Productos (TAP), (TAP-2), (TAP-3) es una técnica experimental para estudiar la cinética de las interacciones fisicoquímicas entre gases y materiales sólidos complejos, principalmente catalizadores heterogéneos . La metodología TAP se basa en experimentos de respuesta de pulso corto a baja presión de fondo (10 ⁻⁶ -10 ² Pa), que se utilizan para sondear diferentes etapas en un proceso catalítico en la superficie de un material poroso, incluyendo difusión , adsorción , reacciones superficiales y desorción .

Desde su invención por el Dr. John T. Gleaves (entonces en Monsanto Company ) a finales de la década de 1980, ^{[ 1 ]} TAP se ha utilizado para estudiar una variedad de reacciones catalíticas relevantes para la industria y la academia, cerrando la brecha entre los experimentos de ciencia de superficies y la catálisis aplicada. ^{[ 2 ]} Las instalaciones TAP de última generación (TAP-3) no solo proporcionan una mejor relación señal-ruido que las máquinas TAP de primera generación (TAP-1), sino que también permiten una automatización avanzada y un acoplamiento directo con otras técnicas.

El instrumento TAP consta de un microrreactor de lecho fijo calentado conectado a un sistema de vacío de alto rendimiento, un colector pulsante con inyectores de gas rápidos accionados electromagnéticamente y un espectrómetro de masas cuadrupolar (QMS) ubicado en el sistema de vacío debajo de la salida del microrreactor.

En un experimento típico de respuesta a pulsos TAP, se introducen pulsos de gas muy pequeños (~ ^{10⁻⁹ mol) y de corta duración (~100 μs) en un microrreactor evacuado (~ 10⁻⁶} torr ) que contiene una muestra catalítica. A medida que las moléculas de gas inyectadas atraviesan el relleno del microrreactor a través de los espacios intersticiales, se encuentran con el catalizador, sobre el cual pueden sufrir transformaciones químicas. Las moléculas de gas no convertidas y las recién formadas finalmente alcanzan la salida del reactor y escapan a una cámara de vacío adyacente, donde son detectadas con una resolución temporal de milisegundos por el espectrómetro de masas de cuadrupolo (QMS). Los caudales de salida de reactivos, productos y moléculas inertes registrados por el QMS se utilizan para cuantificar las propiedades catalíticas y deducir los mecanismos de reacción. El mismo instrumento TAP puede, por lo general, realizar otros tipos de mediciones cinéticas, incluidos experimentos de flujo a presión atmosférica (10⁵ ^Pa ) , desorción programada por temperatura (TPD) y análisis cinético transitorio isotópico en estado estacionario (SSITKA).

La metodología general del análisis de datos TAP, desarrollada en una serie de artículos por Grigoriy (Gregory) Yablonsky ^{[ 3 ] [ 4 ]} , ^{[ 5 ],} se basa en la comparación de la respuesta de un gas inerte , controlada únicamente por la difusión de Knudsen, con la respuesta de un gas reactivo, controlada tanto por la difusión como por la adsorción y las reacciones químicas en la muestra del catalizador. Los experimentos de respuesta a pulsos TAP pueden modelarse eficazmente mediante una ecuación de difusión unidimensional (1D) con una combinación singularmente sencilla de condiciones de contorno.