Méthode d'analyse basée sur un modèle (Model Fitting)

La cinétique unique basée sur un modèle pour une analyse complète des réactions chimiques

Environ 95 % de toutes les réactions chimiques sont des réactions en plusieurs étapes. Cela nécessite un moteur analytique multi-étapes tel que celui offert par le logicielKinetics Neo .

La méthode d'analyse cinétique basée sur un modèle (ajustement de modèle) est la méthode d'analyse d'un processus chimique complexe composé d'étapes de réaction individuelles, où chaque étape peut être connectée individuellement à d'autres étapes de réaction (consécutives, compétitives, indépendantes) afin de construire le Modèle cinétiqueLe modèle cinétique est un terme général contenant le schéma (structure) des différentes étapes de réaction dans une réaction chimique à plusieurs étapes, les types de réaction et les paramètres cinétiques de ces étapes.modèle cinétique du processus complexe. La méthode basée sur un modèle décrit le taux de réaction des réactions chimiques en plusieurs étapes par le système d'équations cinétiques où chaque étape de réaction possède sa propre équation cinétique et son propre triplet cinétique contenant l'énergie d'activation, le facteur pré-exponentiel A et le type de réaction.

Le résultat de la méthode basée sur un modèle est le modèle cinétique avec les paramètres cinétiques pour chaque étape de la réaction. Les paramètres cinétiques sont trouvés à partir du meilleur ajustement du modèle cinétique aux données expérimentales. La méthode basée sur un modèle peut montrer la vitesse de réaction pour chaque étape et la concentration de chaque réactif.

L'extraordinaire analyse basée sur un modèle a été développée par NETZSCH. Elle utilise de puissants calculs mathématiques de pointe pour créer le meilleur modèle cinétique ; les différents modèles cinétiques peuvent ensuite être comparés statistiquement. Cette approche ne présente donc aucun des inconvénients qui peuvent être observés lors de l'utilisation de méthodes sans modèle.

Fig. 1. Données thermogravimétriques pour la décomposition de La(OH)3 et adaptation au modèle cinétique composé de deux étapes consécutives.

Fig 2. Acide azo-benzoïque : Modèle de réaction en une seule étape.

Fig. 3. DSC : le durcissement exothermique d'une résine époxy se produit après la fusion endothermique d'un composant. Modèle cinétiqueLe modèle cinétique est un terme général contenant le schéma (structure) des différentes étapes de réaction dans une réaction chimique à plusieurs étapes, les types de réaction et les paramètres cinétiques de ces étapes.Modèle cinétique en deux étapes.

Fig. 4. TGA : décomposition du glucose. Le modèle contient des étapes compétitives.

Fig. 5. Trace MS de l'eau pour la décomposition du paratungstate d'ammonium. Le modèle contient des étapes consécutives et compétitives.

L'analyse cinétique basée sur un modèle repose sur trois hypothèses :

1. La réaction se compose de plusieurs étapes élémentaires, et la vitesse de réaction de chaque étape peut être décrite par une équation cinétique propre à l'étape donnée, en fonction de la concentration du réactif initial _ej, de la concentration du produit _pj, du facteur pré-exponentiel_Aj et de l'énergie d'activation _Ej, speciﬁc uniquement pour cette étape avec le numéro j, comme suit :

Chaque étape a son propre type de réaction décrit par la fonction _fj (_ej;_pj).

Parmi les exemples de ces fonctions, on peut citer une réaction du second ordre avec f = ^e2, une réaction de Prout-Thompkins avec accélération avec f = ^empn et une réaction avec diffusion unidimensionnelle avec f = 0,5/p. Le nombre d'équations cinétiques est égal au nombre d'étapes de la réaction ; la concentration de chaque réactif augmente pour les étapes de la réaction où ce réactif est un produit et diminue pour les étapes de la réaction où ce réactif est une substance de départ.

2. Tous les paramètres cinétiques, y compris l'énergie d'activation, le facteur pré-exponentiel, l'ordre de réaction et le type de réaction, sont supposés constants au cours de l'évolution de la réaction pour chaque étape individuelle de la réaction.

3. Le signal thermoanalytique total est la somme des signaux des différentes étapes de la réaction. Le signal de chaque étape est calculé comme la vitesse de réaction multipliée par l'effet total de l'étape donnée ; par exemple, le changement d'enthalpie total ou la perte de masse totale.

Un concepteur de modèles flexible et unique en son genre Kinetics Neo

L'analyse cinétique basée sur un modèle offre la possibilité de concevoir visuellement des modèles cinétiques avec un nombre illimité d'étapes connectées dans n'importe quelles combinaisons.

les modèles peuvent être conçus de manière flexible en ajoutant de nouvelles réactions en tant qu'étapes indépendantes, consécutives ou compétitives à n'importe quel endroit du modèle.

une étape de réaction simulée peut être déplacée visuellement vers l'étape correspondante sur la courbe expérimentale. Les paramètres de cette étape peuvent ensuite être optimisés.

Résultats de la méthode basée sur un modèle

Le moteur Kinetics Neo utilise des méthodes de régression non linéaires et permet l'optimisation des paramètres pour des étapes individuelles ou pour le modèle complet. Les résultats de l'ajustement présentent l'accord entre les courbes expérimentales et simulées pour :

Le signal
La conversion
Taux de conversion
Concentration de tous les réactifs
Taux de réaction pour toutes les étapes