Chcesz opanowa? kluczowe punkty analizy termicznej i analizy kalorymetrycznej？ Zapoznaj si? z tym artyku?em!

Analiza termiczna i analiza kalorymetryczna

Analiza termiczna jest wa?n? ga??zi? analizy instrumentalnej, która odgrywa niezast?pion? rol? w charakteryzacji materii. Po d?ugim stuleciu ciep?o powsta?o w wyniku analizy termicznej minera?ów i metali. W ostatnich dziesi?cioleciach nauka o polimerach i analiza leków by?y pe?ne witalno?ci.

Analiza termograwimetryczna (TG lub TGA) s?u?y do kontrolowania masy próbki za pomoc? temperatury lub czasu pod kontrol? okre?lonego programu temperaturowego (góra/dó?/sta?a temperatura) w celu uzyskania wska?nika ubytku masy i temperatury ubytku masy. Punkt pocz?tkowy, warto?? szczytowa, punkt końcowy…) i powi?zane informacje, takie jak ilo?? pozosta?o?ci rozk?adu.

Metoda TG jest szeroko stosowana w badaniach i rozwoju, optymalizacji procesów i monitorowaniu jako?ci tworzyw sztucznych, gumy, pow?ok, farmaceutyków, katalizatorów, materia?ów nieorganicznych, materia?ów metalowych i materia?ów kompozytowych. Mo?na okre?li? stabilno?? termiczn? i stabilno?? oksydacyjn? materia?u w ró?nych atmosferach. Mo?na analizowa? procesy fizyczne i chemiczne, takie jak rozk?ad, adsorpcja, desorpcja, utlenianie i redukcja, w tym wykorzystanie wyników testu TG do dalszej widocznej kinetyki reakcji. Materia? mo?na obliczy? ilo?ciowo, aby okre?li? wilgotno??, sk?adniki lotne oraz ró?ne dodatki i wype?niacze.

Podstawowa zasada dzia?ania analizatora termograwimetrycznego jest nast?puj?ca:

Powy?szy rysunek pokazuje struktur? obci??onego od góry analizatora termograwimetrycznego. Korpus pieca jest korpusem grzewczym i dzia?a w ramach okre?lonego programu temperaturowego. Piec mo?e by? poddawany ró?nym dynamicznym atmosferom (takim jak N2, Ar, He i inne atmosfery ochronne, O2, powietrze i inne atmosfery utleniaj?ce oraz inne specjalne atmosfery itp.), Lub badanie przeprowadzono w pró?ni lub w atmosferze statycznej. Podczas testu precyzyjna waga pod??czona do dolnej cz??ci uchwytu próbki wykrywa w dowolnym momencie aktualn? mas? próbki i przesy?a dane do komputera. Komputer rysuje krzyw? masy próbki w funkcji temperatury / czasu (krzywa TG). Gdy zmiana masy próbki (przyczyny obejmuj? rozk?ad, utlenianie, redukcj?, adsorpcj? i desorpcj? itp.), Pojawi si? ona jako krok utraty masy (lub przyrostu masy) na krzywej TG, tak ?e utrata / przyrost masy proces mo?e by? znany. Strefa temperaturowa, która wyst?pi?a, i ilo?ciowo okre?l stosunek straty do masy. Je?eli na krzywej TG wykonywane jest obliczenie ró?nicowe w celu uzyskania termograwimetrycznej krzywej ró?nicowej (krzywa DTG), mo?na uzyska? wi?cej informacji, takich jak szybko?? zmiany ci??aru.

Typowa krzywa termograwimetryczna pokazano poni?ej:

Map? mo?na przeliczy? zarówno na wspó?rz?dne temperatury, jak i czasu.

Czerwona krzywa: Krzywa termograwimetryczna (TG) charakteryzuje mas? próbki jako funkcj? temperatury / czasu podczas temperatury programu. Rz?dna jest procentem wagowym, który jest stosunkiem masy próbki do pocz?tkowej masy w bie??cej temperaturze / czasie.

Zielona krzywa: krzywa termograwimetrycznej ró?nicy (DTG) (tj. Krzywa dm / dt, krzywa ka?dego punktu na krzywej TG w stosunku do wspó?rz?dnej czasu), która charakteryzuje szybko?? zmiany masy wraz z temperatur? / czasem i jej szczyt punkt jest scharakteryzowany. Temperatura / punkt czasowy, w którym szybko?? zmiany masy ka?dego kroku utraty / przyrostu masy jest najszybsza.

W przypadku etapu straty / wzrostu cz??ciej stosuje si? nast?puj?ce punkty funkcji:

Punkt pocz?tkowy ekstrapolacji krzywej TG: punkt przeci?cia linii stycznej na poziomie przed krokiem TG i punkt styczny w punkcie przegi?cia krzywej mo?na wykorzysta? jako punkt odniesienia temperatury, w której proces utraty / przyrostu masy zaczyna si? i jest najcz??ciej u?ywany do scharakteryzowania stabilno?ci termicznej materia?u.

Punkt końcowy ekstrapolacji krzywej TG: punkt przeci?cia linii stycznej na poziomie po etapie TG i punkt stycznej w punkcie przegi?cia krzywej mo?na wykorzysta? jako punkt odniesienia temperatury na końcu procesu utraty / przyrostu masy.

Szczyt krzywej DTG: punkt temperatury / czasu, w którym szybko?? zmiany masy jest najwi?ksza, odpowiadaj?c punktowi przegi?cia na krzywej TG.

Zmiana masy: Przeanalizuj ró?nic? masy mi?dzy dowolnymi dwoma punktami na krzywej TG, aby przedstawi? zmian? masy próbki spowodowan? krokiem utraty masy (lub przyrostu masy).

Masa resztkowa: Masa pozosta?a w próbce na końcu pomiaru.

Ponadto w oprogramowaniu punkt przegi?cia krzywej TG (równowa?ny temperaturze szczytowej DTG), punkt pocz?tkowy ekstrapolacji krzywej DTG (bli?szy rzeczywistej temperaturze inicjacji reakcji) oraz punkt końcowy ekstrapolacji krzywej DTG (bli?szy Charakterystyki parametry takie jak temperatura końca reakcji w prawdziwym sensie s? oznaczone.

Kalorymetria to dyscyplina, która bada, jak mierzy? zmiany ciep?a towarzysz?ce ró?nym procesom. Dok?adne dane w?a?ciwo?ci termicznych mo?na w zasadzie uzyska? za pomoc? eksperymentów kalorymetrycznych przeprowadzanych za pomoc? kalorymetrów.

Ró?nicowa analiza termiczna (DTA) to metoda analizy termicznej, która mierzy ró?nic? temperatur mi?dzy próbk? a wzorcem w zaprogramowanej temperaturze. Ró?nicowa kalorymetria skaningowa (DSC) to metoda analizy termicznej, która mierzy zwi?zek mi?dzy ró?nic? mocy i temperatur? wej?ciow? do próbki a warto?ci? odniesienia w zaprogramowanych warunkach temperaturowych. Fizyczne znaczenia tych dwóch metod s? ró?ne. DTA mo?e testowa? tylko punkty charakterystyczne dla temperatury, takie jak temperatura przej?cia fazowego. DSC mo?e nie tylko zmierzy? punkt temperatury zmiany fazy, ale tak?e zmierzy? zmian? ciep?a podczas zmiany fazy. Pik egzotermiczny i pik endotermiczny na krzywej DTA nie maj? okre?lonego fizycznego znaczenia, podczas gdy pik egzotermiczny i pik endotermiczny na krzywej DSC reprezentuj? odpowiednio uwalnianie ciep?a i absorpcj? ciep?a. Dlatego u?ywamy DSC jako przyk?adu do analizy analizy kalorymetrycznej.

Skaningowa kalorymetria ró?nicowa (DSC) ma za zadanie obserwowa? zmian? ró?nicy mocy przep?ywu ciep?a mi?dzy końcem próbki a końcem odniesienia w zale?no?ci od temperatury lub czasu pod kontrol? okre?lonego programu temperaturowego (góra/dó?/sta?a temperatura). W ten sposób obliczana jest informacja o efekcie cieplnym próbki podczas programu temperaturowego, taka jak endotermiczna, egzotermiczna, w?a?ciwa zmiana ciep?a itp., a tak?e absorpcja ciep?a (entalpia ciep?a) i temperatura charakterystyczna (punkt pocz?tkowy, warto?? szczytowa, punkt końcowy…) efektu cieplnego.

Metoda DSC jest szeroko stosowana w ró?nych dziedzinach, takich jak tworzywa sztuczne, guma, w?ókna, pow?oki, kleje, leki, ?ywno??, organizmy biologiczne, materia?y nieorganiczne, materia?y metalowe i materia?y kompozytowe. Mo?e bada? proces topienia i krystalizacji materia?ów, przemiany szklanej, przemiany fazowej, przemiany ciek?okrystalicznej, krzepni?cia, stabilno?ci utleniania, temperatury reakcji i entalpii reakcji, mierzone jest ciep?o w?a?ciwe i czysto?? substancji, zgodno?? ka?dego sk?adnika badano mieszanin? i obliczano parametry kinetyczne krystaliczno?ci i reakcji.

Podstawowa zasada ró?nicowego kalorymetru skanuj?cego przep?yw ciep?a jest nast?puj?ca:

Jak pokazano na powy?szym rysunku, próbka jest pakowana w próbk? i umieszczana na dysku czujnika wraz z tyglem referencyjnym (zwykle pustym). Oba s? utrzymywane termicznie symetrycznie i w jednolitym piecu zgodnie z pewnym programem temperaturowym (ogrzewanie liniowe), ch?odzenie, sta?a temperatura i ich kombinacje) zosta?y przetestowane i para termopar (termopara odniesienia, termopara próbki) zosta?a u?yta do ci?g?ego pomiaru ró?nica temperatur mi?dzy nimi. Poniewa? korpus pieca do procesu podgrzewania próbki / odniesienia spe?nia równanie Fouriera przewodzenia ciep?a, ró?nica przep?ywu ciep?a na obu końcach jest proporcjonalna do sygna?u ró?nicy temperatur, wi?c pierwotny sygna? ró?nicy temperatur mo?na przekszta?ci? na sygna? ró?nicy przep?ywu ciep?a za pomoc? ciep?a korekta przep?ywu, a czas / temperatura jest mapowaniem ci?g?ym w celu uzyskania mapy DSC.

Efekt termiczny próbki powoduje nierównowag? przep?ywu ciep?a mi?dzy wzorcem a próbk?. Ze wzgl?du na obecno?? oporu cieplnego ró?nica temperatur mi?dzy wzorcem a próbk? () jest proporcjonalna do ró?nicy przep?ywu ciep?a. Czas zostanie zintegrowany, aby uzyska? ciep?o: (temperatura, odporno?? termiczna, w?a?ciwo?ci materia?u…)

Ze wzgl?du na symetri? termiczn? dwóch entalpii ró?nica sygna?ów mi?dzy końcem odniesienia a końcem próbki jest bliska zeru przy braku efektów termicznych w próbce. Na mapie uzyskuje si? przybli?on? poziom? lini?, zwan? ?lini? bazow?”. Oczywi?cie ?aden rzeczywisty instrument nie jest w stanie osi?gn?? idealnej symetrii termicznej. Ponadto ró?nica pojemno?ci cieplnej mi?dzy końcem próbki a końcem odniesienia zwykle nie jest ca?kowicie pozioma i wyst?puje pewne falowanie. Ten wolt jest zwykle nazywany ?dryftem linii podstawowej”.

Gdy próbka ma efekt termiczny, mi?dzy końcem próbki a końcem odniesienia generowana jest pewna ró?nica temperatur / ró?nica sygna?u przep?ywu ciep?a. Poprzez ci?g?e wykre?lanie ró?nicy sygna?u w funkcji czasu / temperatury mo?na uzyska? map? podobn? do nast?puj?cej:

Zgodnie z norm? DIN i przepisami termodynamicznymi, górna (warto?? dodatnia) pokazana na rysunku jest endotermicznym pikiem próbki (typowym efektem endotermicznym jest topienie, rozk?ad, desorpcja itp.), A w dó? (warto?? ujemna) wynosi pik egzotermiczny (Typowym efektem egzotermicznym jest krystalizacja, utlenianie, krzepni?cie itp., a zmiana ciep?a w?a?ciwego jest odzwierciedlona w zmianie wysoko?ci linii bazowej, to znaczy stopniowym przegi?ciu krzywej (typowa zmiana ciep?a w?a?ciwego efektem jest przej?cie szklane, przej?cie ferromagnetyczne itp.).

Map? mo?na przeliczy? zarówno na wspó?rz?dne temperatury, jak i czasu.

W przypadku piku absorpcyjnego / egzotermicznego punkt pocz?tkowy, warto?? piku, punkt końcowy i obszar piku mo?na analizowa? cz??ciej. niektóre z:

Punkt pocz?tkowy: punkt, w którym linia odniesienia przed pikiem jest styczna do stycznej w punkcie przegi?cia na lewo od piku, cz?sto u?ywany do scharakteryzowania temperatury (czasu), w której zaczyna si? efekt termiczny (reakcja fizyczna lub chemiczna) pojawi? si?.

Szczyt: temperatura (czas) punkt, w którym efekt absorpcji / egzotermiczny jest najwi?kszy.

Punkt końcowy: punkt, w którym linia podstawowa po piku jest styczna do stycznej po prawej stronie piku, która odpowiada punktowi pocz?tkowemu i jest cz?sto u?ywana do scharakteryzowania temperatury (czasu), w której efekt termiczny (fizyczny lub chemiczny reakcja) si? kończy.

Obszar: Obszar uzyskany przez ca?kowanie pików absorpcyjnych / egzotermicznych, w J / g, w celu scharakteryzowania ilo?ci ciep?a poch?oni?tego / odprowadzanego przez mas? jednostkow? próbki podczas procesu fizycznego / chemicznego.

Ponadto w oprogramowaniu mo?na wskaza? charakterystyczne parametry, takie jak wysoko??, szeroko?? i krzywa ca?kowa powierzchni piku absorpcyjnego / egzotermicznego. Dla okre?lonego procesu zmiany ciep?a mo?na przeanalizowa? parametry, takie jak punkt pocz?tkowy, punkt ?rodkowy, punkt końcowy, punkt przegi?cia i warto?? w?a?ciwej zmiany ciep?a.

Nowoczesny instrument TG ma skomplikowan? struktur?. Oprócz podstawowego pieca grzewczego i precyzyjnej wagi dost?pne s? elektroniczne elementy steruj?ce, oprogramowanie i szereg urz?dzeń pomocniczych. Struktur? Netzsch TG209F3 pokazano na poni?szym rysunku:

Gaz ochronny i oczyszczaj?cy mo?na zobaczy? na rysunku. Gaz ochronny jest zwykle oboj?tny wobec N2. Jest on przekazywany do pieca przez komor? wa?enia i obszar po??czeniowy, dzi?ki czemu mo?na ustawi? wag?. Stabilne i suche ?rodowisko pracy, które zapobiega wp?ywaniu wilgoci, konwekcji na gor?ce powietrze i rozk?adowi zanieczyszczeń przez próbk?. Przyrz?d pozwala na jednoczesne pod??czenie dwóch ró?nych rodzajów gazu czyszcz?cego (purge1, purge2) i automatyczne prze??czanie lub mieszanie podczas pomiaru w razie potrzeby. Wspólne po??czenie to takie, w którym N2 jest pod??czony jako oboj?tna atmosfera czyszcz?ca do konwencjonalnych zastosowań; drugi jest pod??czony do powietrza jako atmosfera utleniaj?ca. Je?li chodzi o akcesoria do kontroli gazu, mo?na go wyposa?y? w konwencjonalny rotametr, elektrozawór lub przep?ywomierz masowy (MFC) o wi?kszej precyzji i automatyzacji.

Wylot gazu znajduje si? w górnej cz??ci urz?dzenia i mo?e s?u?y? do odprowadzania gazu no?nego i produktów gazowych do atmosfery. Mo?na go równie? pod??czy? do FTIR, QMS, GC-MS i innych systemów za pomoc? podgrzewanej linii przesy?owej do dostarczania gazów produktowych do tych instrumentów. Wykrywanie komponentów. Struktura przyrz?du ?aduj?cego od góry i naturalna g?adka ?cie?ka gazu sprawiaj?, ?e nat??enie przep?ywu gazu no?nego jest ma?e, wysokie st??enie gazu produktu i ma?a histereza sygna?u, co jest bardzo korzystne w po??czeniu z tymi systemami do skutecznej analizy wydzielone sk?adniki gazu.

Przyrz?d jest wyposa?ony w termostatyczny regulator do odizolowania pieca od dwóch cz??ci wagi, który mo?e skutecznie zapobiega? przenoszeniu ciep?a do modu?u wagi, gdy piec jest w wysokiej temperaturze. Ponadto oddolne ci?g?e oczyszczanie gazu os?onowego zapobiega przenoszeniu ciep?a spowodowanemu konwekcj? gor?cego powietrza, a os?ony radiacyjne wokó? uchwytu próbki izoluj? czynniki promieniowania cieplnego w ?rodowisku o wysokiej temperaturze. ?rodki zapewniaj?, ?e waga o wysokiej precyzji znajduje si? w ?rodowisku o stabilnej temperaturze i nie jest zak?ócana przez stref? wysokiej temperatury, zapewniaj?c stabilno?? sygna?u termograwimetrycznego.

Nowoczesne przyrz?dy DSC maj? bardziej z?o?on? budow?, oprócz podstawowego pieca grzewczego i czujników, a tak?e elektronicznych elementów steruj?cych, oprogramowania i szeregu urz?dzeń pomocniczych. Poni?szy schemat pokazuje struktur? Netzsch DSC204F1:

Gaz ochronny i oczyszczaj?cy mo?na zobaczy? na rysunku. Gaz ochronny jest zwykle przepuszczany przez obrze?e pieca za pomoc? oboj?tnego N2, który mo?e chroni? korpus grzewczy, przed?u?y? ?ywotno?? i zapobiec korpusowi pieca. Wp?yw szronu na obrze?ach w niskich temperaturach. Przyrz?d pozwala na jednoczesne pod??czenie dwóch ró?nych rodzajów gazu czyszcz?cego i automatyczne prze??czanie lub mieszanie podczas pomiaru w razie potrzeby. Konwencjonalne po??czenie to takie, w którym N2 jest pod??czony jako oboj?tna atmosfera czyszcz?ca do konwencjonalnych zastosowań; drugi jest pod??czony do powietrza lub O2 w celu zastosowania jako atmosfera utleniaj?ca. Je?li chodzi o akcesoria do kontroli gazu, mo?na go wyposa?y? w konwencjonalny rotametr, elektrozawór lub przep?ywomierz masowy (MFC) o wi?kszej precyzji i automatyzacji.

Instrument mo?na pod??czy? do trzech ró?nych rodzajów urz?dzeń ch?odz?cych. Jeden to ch?odzenie LN2 / GN2 w uk?adzie ciek?ego azotu, jeden to ch?odzenie obiegowe lub ch?odnica wewn?trzna, a drugi to powietrze ch?odz?ce. Te trzy metody ch?odzenia maj? ró?ne cechy i odpowiednie zastosowania. Spr??one powietrze jest stosunkowo proste, minimalna temperatura ch?odzenia to temperatura normalna, odpowiednia w sytuacjach, które nie wymagaj? zastosowań w niskich temperaturach (takich jak przemys? tworzyw sztucznych, ?ywic termoutwardzalnych itp.), I cz?sto jest u?ywana jako automatyczne ch?odzenie po zakończeniu pomiaru, tak, aby korpus pieca zosta? sch?odzony do normalnej temperatury, ?atwe Dodanie nast?pnej próbki; Zalet? systemu ciek?ego azotu jest szybsze ch?odzenie i obni?anie do ni?szej temperatury (-180 ° C) ni? mechaniczne ch?odzenie. Wad? jest to, ?e sam ciek?y azot jest materia?em eksploatacyjnym. Trzeba doda?, istniej? czynniki kosztu materia?ów eksploatacyjnych; podczas gdy mechaniczne ch?odzenie jest gorsze od ciek?ego azotu pod wzgl?dem szybko?ci ch?odzenia i temperatury granicznej, ale w zasadzie nie mo?na przez ca?y czas stosowa? ?adnych materia?ów eksploatacyjnych, co jest jego zalet?.

Tempo wzrostu temperatury ma znacz?cy wp?yw na wyniki eksperymentu analizy termicznej. Ogólnie mo?na to podsumowa? nast?puj?co.

(1) W przypadku pewnej reakcji próbki reprezentowanej przez krzyw? TG, DSC, wzrost szybko?ci wzrostu temperatury jest zwykle taki, ?e temperatura pocz?tkowa reakcji Ti, temperatura szczytowa Tp i temperatura zakończenia Tf s? zwi?kszone. Gwa?towny wzrost temperatury, aby reakcja nie by?a jeszcze w toku, wchodzi w wy?sz? temperatur?, reakcja monta?u jest opó?niona (na zdj?ciu powy?ej).

(2) Gwa?towny wzrost temperatury ma na celu przesuni?cie reakcji na wy?sz? pr?dko?? w obszarze wysokiej temperatury, to znaczy nie tylko wzrost temperatury szczytowej Tp krzywej DSC, ale tak?e amplituda piku jest zw??ona i szczytowa (jak pokazano w powy?szy rysunek).

Ma?a ilo?? próbki jest korzystna dla dyfuzji produktu gazowego i temperatury wewn?trznej próbki, zmniejszaj?c gradient temperatury i zmniejszaj?c odchylenie temperatury próbki od liniowego wzrostu temperatury otoczenia, co jest spowodowane absorpcj? i efekty uwalniania ciep?a przez próbk?. Eksperymenty wykaza?y, ?e powierzchnia piku jest nadal zwi?zana z rozmiarem cz?stek w próbce. Im mniejsza cz?stka, tym wi?kszy obszar egzotermicznego piku krzywej DSC. Ponadto istnieje luka mi?dzy u?o?onymi lu?nymi cz?stkami próbki, co powoduje, ?e próbka ulega pogorszeniu termicznemu, a im mniejsze cz?stki, tym bli?ej mo?na u?o?y? stos i przewodzenie ciep?a jest dobre. Niezale?nie od wielko?ci cz?stek próbki g?sto?? pingwinów nie jest ?atwa do powtórzenia i wp?ynie równie? na topografi? krzywej TG.

Aby reakcja utworzy?a produkt gazowy, je?li produkt gazowy nie zostanie usuni?ty na czas lub ci?nienie cz?stkowe produktu gazowego w atmosferze wzro?nie innymi sposobami, reakcj? przeniesiono do wysokiej temperatury. Przewodno?? cieplna atmosfery jest dobra, co jest korzystne, aby dostarczy? wi?cej ciep?a do systemu i zwi?kszy? szybko?? reakcji rozk?adu. Zale?no?? mi?dzy przewodno?ci? ciepln? trzech gazów oboj?tnych argonu, azotu i helu a temperatur? ro?nie w kolejno?ci.

Poni?szy rysunek pokazuje test rozk?adu dolomitu. Proces rozk?adu sk?ada si? z dwóch nast?puj?cych kroków:

MgCO3 → MgO + CO2 ↑

CaCO3 → CaO + CO2 ↑

W warunkach konwencjonalnego przedmuchiwania N2 temperatura dwóch etapów rozk?adu jest podobna, a efekt rozdzielania nie jest dobry. Trudno dok?adnie obliczy? zawarto?? dwóch sk?adników MgCO3 i CaCO3. Dlatego w tym przyk?adzie CO2 zosta? u?yty jako atmosfera czyszcz?ca. Poniewa? oba etapy utraty wagi generuj? CO2, u?ycie CO2 jako atmosfery czyszcz?cej wp?ynie na równowag? chemiczn? i spowoduje ?opó?nienie” reakcji (nie ma to wp?ywu na stosunek utraty wagi). Poniewa? ?stopień opó?nienia” dwuetapowego rozk?adu nie jest taki sam, opó?nienie drugiego etapu utraty masy (rozk?ad CaCO3) jest bardziej znacz?ce. W ten sposób efekt stopniowej separacji jest skutecznie osi?gany, a stosunek masowy MgCO3 w próbce mo?na dok?adnie obliczy? jako 44,0% (MgCO3/CO2=1,91), a stosunek masowy CaCO3 wynosi 55,3% (CaCO3/ CO2=2,27).

G?sto?? fazy gazowej przestrzeni po?ywki w uchwycie próbki zmniejsza si? wraz ze wzrostem temperatury, a zatem zmniejsza si? wypór, który wyra?a si? jako pozorny przyrost masy. W przypadku pojemnika na próbki przep?ywaj?ce do góry powietrze powoduje widoczn? utrat? masy, a dwie turbulencje powietrza powoduj? przyrost masy, który jest zwi?zany z rozmiarem i kszta?tem tygla, który mo?na regulowa? za pomoc? wylotu powietrza nad pojemnikiem na próbki, ale tworzona jest krzywa TG. Trudno jest nie zauwa?y? widocznej zmiany masy w ca?ym zakresie temperatur.

Stopień szczelno?ci próbki za?adowanej do tygla wp?ywa na dyfuzj? produktu gazowego pirolizy do otaczaj?cego powietrza o?rodka i kontakt próbki z atmosfer?. Na przyk?ad drugi etap monohydratu szczawianu wapnia CaC2O4 · H2O traci reakcj? tlenku w?gla CO: CaC2O4 · H2O → CaCO3 + CO ↑

Gdy medium jest powietrzem, je?li próbka jest lu?na i ma wystarczaj?c? atmosfer? utleniaj?c?, krzywa DSC ma efekt egzotermiczny (temperatura szczytowa 511 ° C), co oznacza utlenianie CO: 2CO + O2 → 2CO2, je?li próbka jest wzgl?dnie zwarty, nieobecny W stanie tlenowym krzywa DSC ma efekt endotermiczny. Patrz poni?ej.

lu?ne (1) i bardziej pe?ne (2)

W przypadku cia? sta?ych amorficznych przej?cie szk?a nast?puje podczas ogrzewania, od amorficznego cia?a sta?ego do dynamiki przep?ywu (wysoce elastyczny w przypadku materia?ów polimerowych). W tym procesie, wraz ze zmian? ciep?a w?a?ciwego, odbija si? to na krzywej DSC jako krok w kierunku kierunku absorpcji ciep?a.

Przegi?cie. Na podstawie tej analizy mo?na uzyska? temperatur? zeszklenia materia?u.

Powy?szy rysunek pokazuje test zeszklenia próbki ?ywicy epoksydowej. Zgodnie z mi?dzynarodowymi standardami przej?cie szklane zajmuje zazwyczaj punkt ?rodkowy, który wynosi 129,5 ° C. Konkretna zmiana ciep?a z grubsza charakteryzuje intensywno?? przej?cia.

Topienie kryszta?u jest przemian? fazow? pierwszego rz?du, której towarzyszy efekt endotermiczny podczas procesu topienia. Za pomoc? DSC mo?na zmierzy? efekt endotermiczny w celu uzyskania informacji, takich jak temperatura topnienia, entalpia topnienia i tym podobne.

Powy?szy rysunek pokazuje stopienie metalu In. Temperatura topnienia wynosi 156,7 ° C (teoretycznie 156,6 ° C), entalpia wynosi 28,58 J / g (warto?? teoretyczna 28,6 J / g).

Powy?szy rysunek pokazuje przemian? szk?a, krystalizacj? na zimno i test topnienia amorficznego stopu podczas ogrzewania. Stopy amorficzne maj? wysoki stopień fazy amorficznej z powodu niewystarczaj?cej krystalizacji w temperaturze pokojowej, wi?c podczas ogrzewania dochodzi do znacznego przej?cia szk?a. Nast?pnie pojawia si? pik zimnej krystalizacji, a końcowy pik topnienia zawiera jednoczesne topienie kryszta?u w temperaturze pokojowej i dodan? cz??? krystaliczn? procesu zimnej krystalizacji.

Za pomoc? analizatora termograwimetrycznego, analizuj?c pocz?tkowy etap procesu rozk?adu, ?atwo jest zrozumie? stabilno?? termiczn? materia?u i uzyska? informacje o górnej granicy temperatury u?ytkowania.

Do adnotacji temperatury, która mo?e reprezentowa? stabilno?? termiczn?, mo?na zastosowa? tradycyjn? metod? zewn?trznego punktu pocz?tkowego (krok TG lub pik DTG mo?na wykorzysta? jako zewn?trzny punkt pocz?tkowy), ale temperatura podlega warunkom granicznym analizy (we? zakres stycznej) Uderzenie, czasem niewystarczaj?co stabilne. W bran?y przemys?owej i przy okazji kontroli jako?ci ponad 1%, 2%, 5% utraty masy jest wykorzystywane do scharakteryzowania stabilno?ci termicznej produktu, a wynik obliczeń jest bardziej dok?adny i wiarygodny.

Powy?szy rysunek pokazuje spektrum testowe 5% TD (utrata masy 5%) próbki laminatu jako materia?u PCB. Próbk? przetestowano w sumie trzy razy, a odtwarzalno?? by?a dobra, a 5% TD by?o w zakresie 337,5 ± 1,5 ° C.

Powy?szy rysunek pokazuje test procesu degradacji termicznej politetrafluoroetylenu PTFE. Atmosfer? N2 zastosowano przed 700 ° C, a po 700 ° C zmieniono na powietrze. PTFE jest materia?em odpornym na wysok? temperatur?, pocz?tkowa temperatura rozk?adu wynosi nawet 500 ° C lub wi?cej (zewn?trzny punkt pocz?tkowy ci?cia TG wynosi 569,5 ° C na rysunku), a maksymalny wska?nik szybko?ci utraty masy (temperatura szczytowa DTG) wynosi 612,1 ° C. Próbka mia?a 100% ca?kowit? utrat? masy w oboj?tnej atmosferze i nie utworzy?a si? ?adna pozosta?o?? w?gla. Mo?na to zweryfikowa?, przechodz?c z wykresu na powietrze bez dalszej utraty wagi. Krzywa c-DTA dodatkowo daje pik topnienia PTFE w temperaturze 330,6 ° C.

Za pomoc? analizatora termograwimetrycznego mo?na obliczy? stosunek sk?adników wewn?trznych wielu materia?ów na podstawie wyników wieloetapowego pomiaru utraty masy, stosuj?c odpowiedni? szybko?? ogrzewania i atmosfer? pomiarow? oraz racjonalnie rozmieszczaj?c prze??czanie mi?dzy ró?nymi atmosferami.

Powy?szy rysunek pokazuje analiz? procesu odchudzania PA66 wzmocnionego w?óknem szklanym. U?yj N2 przed 850 ° C, prze??cz na powietrze po 850 ° C. Z rysunku wynika, ?e utrata masy cia?a jest podzielona na nast?puj?ce etapy:

1. Ma?a utrata masy cia?a przed 1.300 ° C: utrata masy 0.6%. Mo?e to by? wilgo? zaadsorbowana w materiale i niektóre organiczne substancje lotne.

2. 300 ~ 850 ° C: G?ówny etap utraty masy, utrata masy wynosi 63,4%. Rozk?ad PA66.

3. Po przej?ciu na powietrze w temperaturze 850 ° C: utrata masy wynosi 1,5%, co odpowiada utracie ciep?a w?gla (produkt rozk?adu PA66).

Jako?? resztkowa: 34.5%. Powinien to by? sk?adnik z w?ókna szklanego, który nie rozk?ada si? ani nie utlenia.

Na podstawie powy?szej analizy stosunek PA66 w próbce mo?na obliczy? na 64,9% (63,4 + 1,5). Udzia? w?ókna szklanego wynosi 34,5%. Pozosta?a frakcja wilgoci / substancji lotnych wynosi?a 0,6%.

Za pomoc? analizatora termograwimetrycznego mo?na przetestowa? proces ulatniania si? generacji próbek (takich jak olej smarowy) i scharakteryzowa? jego stabilno??.

Powy?szy rysunek pokazuje test procesu ulatniania smarów perfluoropolieterowych. Program temperaturowy zwi?kszono z temperatury pokojowej do 130 ° C i utrzymywano w sta?ej temperaturze. Rysunek pokazuje procent masy po 10, 15, 20, 25, 30 minutach i najszybsz? utrat? ostro?ci po 13,9 minutach oraz odpowiadaj?cy wspó?czynnik utraty masy DTG. Podobnie TG mo?e równie? mierzy? proces ulatniania (sublimacji) niektórych próbek sta?ych, takich jak kamfora, w celu scharakteryzowania ich stabilno?ci podczas przechowywania.

Powy?szy rysunek pokazuje proces odwadniania i absorpcji wody gliny testowanej na instrumencie STA w ró?nych atmosferach wilgotno?ci. Test zosta? przeprowadzony w sta?ej temperaturze oko?o 30 ° C przy u?yciu generatora wilgotno?ci w celu stworzenia atmosfery czyszcz?cej o okre?lonej wilgotno?ci. Mo?na zauwa?y?, ?e w suchej atmosferze przedmuchu o wilgotno?ci wzgl?dnej 5% próbka wykazywa?a proces odwodnienia przy utracie masy 0,81%. Gdy atmosfer? zmieniono na wilgotno?? wzgl?dn? 25%, próbka wykazywa?a absorpcj? wody przy wzro?cie masy 1,66%. Po wilgotno?ci wzgl?dnej 50% i 75% wszystkie próbki poch?on??y wod?, a przyrost masy wynosi? odpowiednio 1,38% i 2,82%. Jednocze?nie na niebieskiej krzywej DSC mo?na zaobserwowa? efekt egzotermiczny i entalpi? procesu absorpcji wody.

Powy?szy rysunek porównuje wyniki uzyskane przez kolejny drugi wzrost temperatury po sch?odzeniu kolejnej próbki PET ze stanu stopionego do normalnej temperatury przy u?yciu innej szybko?ci ch?odzenia. Mo?na zauwa?y?, ?e im wi?ksza jest szybko?? ch?odzenia, tym mniejsza jest krystalizacja próbki, a im wi?kszy obszar piku zimnej krystalizacji uzyskany przez drugie ogrzewanie, tym ni?sza krystaliczno??.

Ró?na krystaliczno?? wp?ywa na w?a?ciwo?ci mechaniczne materia?u (elastyczno??, ci?gliwo??, odporno?? na uderzenia itp.), w?a?ciwo?ci optyczne, odporno?? na rozpuszczalniki i przetwarzalno??. Dlatego w procesie produkcji termoplastów krystaliczno?? jest równie? wa?nym wska?nikiem wykrywania i kontroli.

Stabilno?? oksydacyjn? materia?u mo?na zbada? za pomoc? DSC. Konkretne metody badań obejmuj? metod? OIT i metod? dynamicznego utleniania w temperaturze.

Okres indukcji utleniania (OIT) jest standardow? metod? testow? dla przemys?u tworzyw sztucznych. Sta?a temperatura wynosi zwykle 200 ° C, ale mo?na dokona? odpowiedniej regulacji góra / dó? odpowiednio do d?ugo?ci czasu utleniania. Zgodnie z ró?nic? czasu indukcji utleniania (OIT) ró?nych partii próbek, mo?na porówna? ró?nic? w dzia?aniu materia?ów przeciw utlenianiu i efekt przeciwutleniaj?cy ró?nych dodatków przeciwutleniaj?cych i mo?na je wykorzysta? po?rednio do identyfikacji ró?nica w?a?ciwo?ci przeciwstarzeniowych materia?ów. Odpowiednie normy pomiarowe: DIN EN 728, ISO / TR 10837, ASTM D 3895.

Powy?sze zdj?cie pokazuje test OIT cz?stek polietylenu zgodnie z norm? krajow?. Próbk? zwa?ono do oko?o 15 mg, umieszczono w otwartym tyglu Al i ogrzano do 200 ° C przy 50 ml / min ochrony N2, a po 5 minutach zmieniono na O2. Zmierzony okres indukcji utleniania (ró?nica czasu od pocz?tkowego przej?cia na O2 do punktu rozpocz?cia ekstrapolacji egzotermicznego piku utleniaj?cego) wynosi? 40,1 min.

DSC mo?e mierzy? proces utwardzania ?ywic termoutwardzalnych (takich jak ?ywice epoksydowe, ?ywice fenolowe itp.), A tak?e pow?ok, klejów i tym podobnych.

Poni?szy rysunek pokazuje test utwardzania wzrostem temperatury prepregu wzmocnionej w?óknem szklanym ?ywicy epoksydowej (GFEP). Nieutwardzony prepreg ma nisk? temperatur? zeszklenia (101,5 ° C) i zestala si? podczas procesu ogrzewania. Pokazuje du?y egzotermiczny pik na krzywej DSC (podwójny pik 136,4, 158,9 ° C na rysunku, entalpia utwardzania 43,10) J / g); po och?odzeniu dla drugiego wzrostu temperatury, poniewa? ?ywica zestali?a si?, temperatura zeszklenia jest podwy?szana do 142,4 ° C i nie pojawia si? ju? egzotermiczny pik utwardzania.

Uwaga: w przypadku ?ywic epoksydowych temperatura zeszklenia jest bliska liniowo?ci stopnia utwardzenia. Im wy?szy stopień utwardzenia, tym bardziej pe?ne wewn?trzne sieciowanie materia?u, tym mniejsza ruchliwo?? segmentu i wy?sza temperatura zeszklenia.

Powy?szy rysunek przedstawia test przemiany fazowej ?elaza podczas procesu ogrzewania. Pik endotermiczny przy 771,5 °C jest przej?ciem punktu Curie, a materia? jest przekszta?cany z ferromagnetyka w paramagnetyczny. Pik endotermiczny przy 918,6 ° C i 1404,1 ° C jest przej?ciem mi?dzy dwiema strukturami sieciowymi (centrum cia?a bcc – centrum twarzy fcc). Netzsch SC404/STA449 charakteryzuje si? hermetyczn? struktur? o wysokiej pró?ni oraz w pe?ni zautomatyzowanym systemem pró?niowym z unikalnym systemem adsorpcji tlenu OTS, aby zapewni?, ?e próbki s? mierzone w czystej oboj?tnej atmosferze, aby unikn?? utleniania w podwy?szonych temperaturach.

Polimorfizm odnosi si? do zjawiska, w którym substancja mo?e istnie? w dwóch lub wi?cej ró?nych strukturach krystalicznych. Ró?ne postacie krystaliczne maj? ró?ne w?a?ciwo?ci fizyczne i chemiczne i mog? by? przekszta?cane w siebie w okre?lonych warunkach.

Powy?szy rysunek pokazuje pomiar DSC leku Sulfatiazol. Na rysunku pik endotermiczny w 173,7 ° C jest stopieniem Postaci III, któr? nast?pnie przekszta?ca si? w Posta? I. Ma?y pik endotermiczny w 196,2 ° C jest topieniem Postaci II, a pik endotermiczny w 201,4 ° C jest topienie Postaci I.

Zasada testu

Zgodnie z definicj? fizyki termicznej jednostkowa pojemno?? cieplna c (sta?a termiczna pojemno?? cieplna Cp zaanga?owana w ogóln? analiz? termiczn?) jest energi? wymagan? do zwi?kszenia temperatury jednostkowej na jednostk? masy próbki w okre?lonej temperaturze. Mianowicie: Cp = Q / (m * △ T), jednostka J / g * K

Zmień nieco to równanie:

Q = Cp * m * △ T

Nast?pnie ró?nicuj czas, we? moc endotermiczn? próbki podczas procesu ogrzewania q = dQ / dt, szybko?? ogrzewania HR = dT / dt, to znaczy: q = Cp * m * HR

Stosuj?c typ przep?ywu DSC, moc endotermiczn? q nieznanej próbki ciep?a w?a?ciwego i próbki znanego standardu ciep?a w?a?ciwego std w okre?lonej temperaturze mierzy si? odpowiednio przy tej samej szybko?ci ogrzewania w dynamicznej pr?dko?ci ogrzewania i uzyskuje si?:

Qsam = KT * ( DSCsam – DSCbsl ) = Cpsam * msam * HR

Qstd = KT * ( DSCstd – DSCbsl ) = Cpstd * mstd * HR

KT jest wspó?czynnikiem czu?o?ci czujnika przep?ywu ciep?a, przez który oryginalny sygna? DSC (jednostka uV) w okre?lonej temperaturze mo?e zosta? przekszta?cony w sygna? przep?ywu ciep?a (jednostka mW). DSCbsl jest lini? bazow?, która jest mierzona za pomoc? pary pustych miejsc i jest odejmowana podczas pomiaru przep?ywu ciep?a próbki i standardu.

Podziel powy?sze dwa równania, a KT i HR zostan? podzielone mi?dzy sob?, aby uzyska?:

(DSCsam – DSCbsl) / (DSCstd – DSCbsl) =

(Cpsam * msam) / (Cpstd * mstd)

Niewielka zmiana, to znaczy sta?a pojemno?? w?a?ciwa ciep?a próbki w okre?lonej temperaturze:

Cpsam = Cpstd × [(DSCsam – DSCbsl) / msam] / [(DSCstd – DSCbsl) / mstd] = Cpstd × DSCsam,rel,sub/ DSCstd,rel,sub

Gdzie DSCxxx, rel, sub reprezentuje sygna? DSC po odj?ciu linii podstawowej lub odniesienia od linii podstawowej we wzgl?dnych wspó?rz?dnych, w μV / mg.

Powy?szy rysunek pokazuje warto?? ciep?a w?a?ciwego (zielona krzywa) próbki czystej miedzi mierzonej w wysokiej temperaturze DSC w zakresie RT ~ 1000 ° C oraz porównanie z warto?ci? literaturow? (krzywa niebieska).