Termal analiz ve kalorimetri analizinin kilit noktalar?na hakim olmak istiyorum？ Bu makaleye bak?n!

Termal analiz ve kalorimetri analizi

Termal analiz, maddenin karakterizasyonunda vazge?ilmez bir rol oynayan enstrümantal analizin ?nemli bir dal?d?r. Uzun yüzy?llardan sonra, mineral ve metallerin termal analizinden ?s? uyand?r?ld?. Son y?llarda, polimer bilimi ve ila? analizi canl?l?kla doludur.

Termogravimetri Analizi (TG veya TGA), a??rl?k kayb? oran?n? ve a??rl?k kayb? s?cakl???n? elde etmek i?in belirli bir s?cakl?k program?n?n (yukar?/a?a??/sabit s?cakl?k) kontrolü alt?nda s?cakl?k veya süre ile bir numunenin kütlesini kontrol etmek i?in kullan?l?r. Ba?lang?? noktas?, tepe de?eri, biti? noktas?…) ve ayr??ma kal?nt? miktar? gibi ilgili bilgiler.

TG y?ntemi, plastik, kau?uk, kaplamalar, farmas?tikler, kataliz?rler, inorganik malzemeler, metal malzemeler ve kompozit malzemelerin ara?t?rma ve geli?tirme, süre? optimizasyonu ve kalite izlemesinde yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. Malzemenin farkl? atmosferlerde termal kararl?l??? ve oksidatif kararl?l??? belirlenebilir. Ayr??ma, adsorpsiyon, desorpsiyon, oksidasyon ve indirgeme gibi fiziksel ve kimyasal i?lemler, daha ileri reaksiyon kinetikleri i?in TG test sonu?lar?n?n kullan?lmas? dahil olmak üzere analiz edilebilir. Malzeme, nemi, u?ucu bile?enleri ve ?e?itli katk? maddelerini ve dolgu maddelerini belirlemek i?in nicel olarak hesaplanabilir.

Termogravimetrik analiz?rün temel prensibi ??yledir:

Yukar?daki ?ekilde üstten yüklemeli termogravimetrik analiz?rün yap?s? g?sterilmektedir. F?r?n g?vdesi bir ?s?tma g?vdesidir ve belirli bir s?cakl?k program? alt?nda ?al???r. F?r?n farkl? dinamik atmosferlere (N2, Ar, He ve di?er koruyucu atmosferler, O2, hava ve di?er oksitleyici atmosferler ve di?er ?zel atmosferler, vb.) Tabi tutulabilir veya Test vakum veya statik atmosfer alt?nda ger?ekle?tirilmi?tir. Test s?ras?nda, numune tutucunun alt k?sm?na ba?lanan yüksek hassasiyetli terazi, numunenin mevcut a??rl???n? her an alg?lar ve verileri bilgisayara iletir. Bilgisayar numune a??rl???n? s?cakl?k / zaman e?risine (TG e?risi) kar?? ?izer. Numunenin a??rl?k de?i?imi (nedenler ayr??ma, oksidasyon, indirgeme, adsorpsiyon ve desorpsiyon, vb. ??erir), TG e?risinde bir kilo kayb? (veya kilo al?m?) ad?m? olarak g?rünecektir, b?ylece kay?p / kilo al?m? süre? bilinebilir. Olu?an s?cakl?k b?lgesi ve kay?p / a??rl?k oran?n? ?l?mek. Bir termogravimetrik diferansiyel e?ri (DTG e?risi) elde etmek i?in TG e?risinde bir diferansiyel hesaplama yap?l?rsa, a??rl?k de?i?im h?z? gibi daha fazla bilgi elde edilebilir.

Tipik termogravimetrik e?ri a?a??da g?sterilmi?tir:

Harita hem s?cakl?k hem de zaman koordinatlar?na d?nü?türülebilir.

K?rm?z? e?ri: Termogravimetrik (TG) e?risi, bir numunenin a??rl???n? program s?cakl??? s?ras?nda s?cakl?k / zaman?n bir fonksiyonu olarak karakterize eder. Ordinat a??rl?k yüzdesidir, bu, ?rne?in a??rl???n?n mevcut s?cakl?kta / zamanda ba?lang?? a??rl???na oran?d?r.

Ye?il e?ri: s?cakl?k / zaman ile a??rl?k de?i?im h?z?n? ve zirvesini karakterize eden termogravimetrik diferansiyel (DTG) e?risi (yani dm / dt e?risi, TG e?risindeki her bir noktan?n zaman koordinat?na g?re e?risi) ve zirvesi nokta karakterize edilir. Her bir kay?p / kilo alma ad?m?n?n a??rl?k de?i?im h?z?n?n en h?zl? oldu?u s?cakl?k / zaman noktas?.

Kay?p / büyüme ad?m? i?in a?a??daki ?zellik noktalar? daha yayg?n olarak kullan?l?r:

TG e?risinin ekstrapolasyon ba?lang?? noktas?: te?et ?izginin TG ad?m?ndan ?nceki seviyedeki kesi?im noktas? ve e?rinin bükülme noktas?ndaki te?et noktas?, kay?p / a??rl?k kazanc? i?leminin referans s?cakl?k noktas? olarak kullan?labilir ba?lar ve ?o?unlukla malzemenin termal kararl?l???n? karakterize etmek i?in kullan?l?r.

TG e?risi ekstrapolasyon sonland?rma noktas?: te?et ?izginin TG ad?m?ndan sonraki seviyedeki kesi?im noktas? ve e?ri bükülme noktas?ndaki te?et noktas?, kay?p / a??rl?k kazanc? i?leminin sonunda referans s?cakl?k noktas? olarak kullan?labilir.

DTG e?risi piki: TG e?risindeki bükülme noktas?na kar??l?k gelen kütle de?i?im h?z?n?n en yüksek oldu?u s?cakl?k / zaman noktas?.

Kütle de?i?imi: Kilo kayb? (veya kilo al?m?) ad?m?ndan kaynaklanan numunenin kütle de?i?imini temsil etmek i?in TG e?risindeki herhangi iki nokta aras?ndaki kütle fark?n? analiz edin.

Art?k kütle: ?l?ümün sonunda numunede kalan kütle.

Ek olarak, yaz?l?mda, TG e?risinin bükülme noktas? (DTG pik s?cakl???na e?de?er), DTG e?risi ekstrapolasyon ba?lang?? noktas? (ger?ek reaksiyon ba?latma s?cakl???na daha yak?n) ve DTG e?risi ekstrapolasyon sonland?rma noktas? (Karakteristik'e daha yak?n) ger?ek anlamda reaksiyon biti? s?cakl??? gibi parametreler i?aretlenmi?tir.

Kalorimetri, ?e?itli süre?lere e?lik eden ?s? de?i?ikliklerinin nas?l ?l?ülece?ini inceleyen bir disiplindir. Do?ru termal ?zellik verileri prensip olarak kalorimetrelerle ger?ekle?tirilen kalorimetrik deneylerle elde edilebilir.

Diferansiyel termal analiz (DTA), bir numune ve bir program aras?ndaki s?cakl?k fark?n? programlanm?? bir s?cakl?kta ?l?en bir termal analiz y?ntemidir. Diferansiyel Taramal? Kalorimetre (DSC), bir numuneye gü? fark? ve s?cakl?k giri?i ile programlanan s?cakl?k ko?ullar? alt?nda bir referans aras?ndaki ili?kiyi ?l?en bir termal analiz y?ntemidir. ?ki y?ntemin fiziksel anlamlar? farkl?d?r. DTA sadece faz ge?i? s?cakl??? gibi s?cakl?k karakteristik noktalar?n? test edebilir. DSC sadece faz de?i?im s?cakl??? noktas?n? ?l?mekle kalmaz, ayn? zamanda faz de?i?imi s?ras?ndaki ?s? de?i?imini de ?l?ebilir. DTA e?risindeki ekzotermik zirve ve endotermik zirvenin kesin bir fiziksel anlam? yoktur, oysa DSC e?risindeki ekzotermik zirve ve endotermik zirve s?ras?yla ?s? sal?n?m?n? ve ?s? emilimini temsil eder. Bu nedenle, kalorimetrik analizi analiz etmek i?in DSC'yi ?rnek olarak kullan?yoruz.

Diferansiyel Taramal? Kalorimetri (DSC), belirli bir s?cakl?k program?n?n (yukar?/a?a??/sabit s?cakl?k) kontrolü alt?nda, numune ucu ile referans ucu aras?ndaki ?s? ak?? gücü fark?n?n s?cakl?k veya zamanla de?i?imini g?zlemlemektir. Bu ?ekilde s?cakl?k program? s?ras?nda numunenin endotermik, ekzotermik, ?zgül ?s? de?i?imi vb. termal etki bilgileri hesaplan?r ve ?s? absorpsiyonu (?s? entalpisi) ve karakteristik s?cakl??? (ba?lang?? noktas?, tepe de?eri, biti? noktas?…) termal etki hesaplan?r.

DSC y?ntemi, plastikler, kau?uk, elyaflar, kaplamalar, yap??t?r?c?lar, ila?lar, g?dalar, biyolojik organizmalar, inorganik malzemeler, metal malzemeler ve kompozit malzemeler gibi ?e?itli alanlarda yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. Malzemelerin erime ve kristalizasyon sürecini, cam ge?i?ini, Faz ge?i?ini, s?v? kristal ge?i?ini, kat?la?may?, oksidasyon stabilitesini, reaksiyon s?cakl???n? ve reaksiyon entalpisini, maddenin ?zgül ?s?s?n? ve safl???n? ?l?tü?ünü, kar???m incelendi ve kristallik ve reaksiyon kinetik parametreleri hesapland?.

Is? ak??? diferansiyel tarama kalorimetresinin temel prensibi a?a??daki gibidir:

Yukar?daki ?ekilde g?sterildi?i gibi, numune bir numune ile paketlenir ve bir referans potas? (genellikle bo?) ile birlikte sens?r diskine yerle?tirilir. ?kisi termal olarak simetrik tutulur ve belirli bir s?cakl?k program?na (do?rusal ?s?tma) g?re homojen bir f?r?nda tutulur, so?utma, sabit s?cakl?k ve bunlar?n kombinasyonlar?) test edilir ve sürekli olarak ?l?mek i?in bir ?ift termokupl (referans termokupl, numune termokupl) kullan?l?r. ikisi aras?ndaki s?cakl?k fark?. F?r?n g?vdesi numune / referans ?s?tma i?lemine Fourier ?s? iletim denklemini kar??lad???ndan, her iki u?taki ?s?tma ?s? ak??? fark? s?cakl?k fark? sinyali ile orant?l?d?r, bu nedenle orijinal s?cakl?k fark? sinyali ?s? ile bir ?s? ak??? fark sinyaline d?nü?türülebilir ak?? düzeltme ve zaman / s?cakl?k bir DSC haritas? elde etmek i?in Sürekli haritalama oldu?unu.

Numunenin termal etkisi, referans ve numune aras?nda bir ?s? ak??? dengesizli?ine neden olur. Termal direncin varl???ndan dolay? referans ve numune () aras?ndaki s?cakl?k fark?, ?s? ak?? fark?yla orant?l?d?r. Is?y? elde etmek i?in zaman entegre edilecektir: (s?cakl?k, termal diren?, malzeme ?zellikleri…)

?ki entalpinin termal simetrisi nedeniyle, referans u? ile ?rnek u? aras?ndaki sinyal fark?, numunede termal etkilerin yoklu?unda s?f?ra yak?nd?r. Haritada “taban ?izgisi” olarak adland?r?lan yakla??k bir yatay ?izgi elde edilir. Tabii ki, herhangi bir ger?ek cihaz?n mükemmel termal simetriye ula?mas? imkans?zd?r. Ek olarak, numune ucu ile referans ucu aras?ndaki ?s? kapasitesi fark? genellikle tamamen yatay de?ildir ve belirli bir dalgalanma vard?r. Bu volt genellikle “taban ?izgisi kaymas?” olarak adland?r?l?r.

Numune bir termal etkiye sahip oldu?unda, numune ucu ile referans ucu aras?nda belirli bir s?cakl?k fark? / ?s? ak?? sinyali fark? üretilir. Sinyal fark?n? zamana / s?cakl??a kar?? sürekli olarak ?izerek, a?a??dakine benzer bir harita elde edilebilir:

DIN standard?na ve termodinamik düzenlemelere g?re, ?ekilde g?sterilen yukar? (pozitif de?er), numunenin endotermik zirvesidir (tipik endotermik etki erime, ayr??ma, desorpsiyon vb.) Ve a?a?? (negatif de?er) ekzotermik tepe (Tipik ekzotermik etki kristalle?me, oksidasyon, kat?la?ma, vb .'dir ve ?zgül ?s? de?i?imi, taban ?izgisi yüksekli?inin, yani e?ri üzerindeki ad?m benzeri bükülmenin (tipik ?zgül ?s? de?i?ikli?i) yans?mas?d?r. etkisi cam ge?i?i, ferromanyetik ge?i? vb.)).

Harita hem s?cakl?k hem de zaman koordinatlar?na d?nü?türülebilir.

Emilim / ekzotermik tepe i?in ba?lang?? noktas?, tepe de?eri, biti? noktas? ve tepe alan? daha yayg?n olarak analiz edilebilir. Baz?:

Ba?lang?? noktas?: Zirveden ?nceki taban ?izgisinin, tepenin solundaki bükülme noktas?ndaki te?ete te?et oldu?u, genellikle bir termal etkinin (fiziksel veya kimyasal reaksiyon) ba?lad??? s?cakl??? (zaman?) karakterize etmek i?in kullan?lan nokta meydana gelir.

Tepe: Emilim / ekzotermik etkinin en yüksek oldu?u s?cakl?k (zaman) noktas?.

Sonland?rma noktas?: Zirveden sonraki taban ?izgisinin, zirvenin sa??ndaki te?ete te?et oldu?u, ba?lang?? noktas?na kar??l?k gelen ve genellikle bir termal etkinin (fiziksel veya kimyasal) s?cakl???n? (zaman?n?) karakterize etmek i?in kullan?lan nokta reaksiyon) sona erer.

Alan: Fiziksel / kimyasal bir i?lem s?ras?nda bir numunenin birim a??rl??? taraf?ndan emilen / bo?alt?lan ?s? miktar?n? karakterize etmek i?in absorpsiyon / ekzotermik piklerin J / g'ye entegre edilmesiyle elde edilen alan.

Ek olarak, emilim / ekzotermik pikin yükseklik, geni?lik ve alan integral e?risi gibi karakteristik parametreler yaz?l?mda g?sterilebilir. Spesifik ?s? de?i?tirme i?lemi i?in, ba?lang?? noktas?, orta nokta, biti? noktas?, bükülme noktas? ve ?zgül ?s? de?i?im de?eri gibi parametreler analiz edilebilir.

Modern TG enstrüman? karma??k bir yap?ya sahiptir. Temel ?s?tma f?r?n? ve yüksek hassasiyetli dengeye ek olarak, elektronik kontrol par?alar?, yaz?l?m ve bir dizi yard?mc? ekipman vard?r. Netzsch TG209F3'ün yap?s? a?a??daki ?ekilde g?sterilmektedir:

Koruyucu gaz ve bo?altma gaz? ?ekilde g?rülebilir. Koruyucu gaz genellikle N2'ye kar?? inerttir. Terazinin yerle?tirilebilmesi i?in Tart?m odas? ve eklem ba?lant? alan? vas?tas?yla f?r?na ge?irilir. Nem, s?cak hava konveksiyonu ve kirleticilerin numune ayr??mas?n?n dengeyi etkilemesini ?nleyen stabil ve kuru bir ?al??ma ortam?. Cihaz, iki farkl? tasfiye gaz? tipinin (tasfiye1, tasfiye2) ayn? anda ba?lanmas?na ve ?l?üm s?ras?nda gerekti?inde otomatik olarak de?i?tirilmesine veya kar??t?r?lmas?na izin verir. Ortak bir ba?lant?, N2'nin geleneksel uygulamalar i?in etkisiz bir temizleme atmosferi olarak ba?land??? ba?lant?d?r; di?eri havaya oksitleyici bir atmosfer olarak ba?l?d?r. Gaz kontrol aksesuarlar? a??s?ndan, geleneksel bir rotametre, solenoid valf veya daha yüksek hassasiyet ve otomasyona sahip bir kütle ak?? ?l?er (MFC) ile donat?labilir.

Gaz ??k??? cihaz?n üstünde bulunur ve ta??y?c? gaz ve gazl? ürünleri atmosfere bo?altmak i?in kullan?labilir. FTIR, QMS, GC-MS ve di?er sistemlere, bu cihazlara ürün gazlar? vermek i?in ?s?t?lm?? bir transfer hatt? kullan?larak da ba?lanabilir. Bile?en alg?lama. Enstrüman?n üst yükleme yap?s? ve do?al pürüzsüz gaz yolu tasar?m?, ta??y?c? gaz ak?? h?z?n? kü?ük, ürün gaz konsantrasyonunu yüksek ve sinyal histerezisini kü?ük yapar, bu da bu sistemlerle kombinasyon i?in ?ok yararl?d?r. geli?tirilmi? gaz bile?enleri.

Cihaz, f?r?n? terazinin iki par?as?ndan izole etmek i?in bir termostatik kontrol ile donat?lm??t?r; bu, f?r?n yüksek s?cakl?ktayken ?s?n?n denge modülüne aktar?lmas?n? etkili bir ?ekilde ?nleyebilir. Ayr?ca, koruyucu gaz?n a?a??dan yukar?ya sürekli bo?alt?lmas?, s?cak havan?n konveksiyonundan kaynaklanan ?s? transferini ?nler ve numune tutucunun etraf?ndaki radyasyon kalkanlar?, yüksek s?cakl?k ortam?ndaki ?s? radyasyon fakt?rlerini izole eder. ?nlemler, yüksek hassasiyetli dengenin sabit bir s?cakl?k ortam?nda olmas?n? ve termogravimetrik sinyalin stabilitesini sa?layarak yüksek s?cakl?k b?lgesine müdahale etmemesini sa?lar.

Modern DSC cihazlar?, temel ?s?tma f?r?n? ve sens?rlerin yan? s?ra elektronik kontrol par?alar?, yaz?l?m ve bir dizi yard?mc? ekipmana ek olarak yap?da daha karma??kt?r. A?a??daki ?ema Netzsch DSC204F1'in yap?s?n? g?stermektedir:

Koruyucu gaz ve bo?altma gaz? ?ekilde g?rülebilir. Koruyucu gaz genellikle ?s?tma g?vdesini koruyabilen, hizmet ?mrünü uzatabilen ve f?r?n g?vdesini ?nleyebilen inert N2 kullan?larak f?r?n?n ?evresinden ge?irilir. Dü?ük s?cakl?klarda buzlanman?n ?evre üzerindeki etkisi. Cihaz, ?l?üm s?ras?nda gerekti?inde iki farkl? tahliye gaz? tipinin ayn? anda ba?lanmas?na ve otomatik olarak de?i?tirilmesine veya kar??t?r?lmas?na izin verir. Geleneksel ba?lant?, N2'nin geleneksel uygulamalar i?in etkisiz bir temizleme atmosferi olarak ba?land??? ba?lant?d?r; di?eri, oksitleyici bir atmosfer olarak kullan?lmak üzere havaya veya O2'ye ba?lan?r. Gaz kontrol aksesuarlar? a??s?ndan, geleneksel bir rotametre, solenoid valf veya daha yüksek hassasiyet ve otomasyona sahip bir kütle ak?? ?l?er (MFC) ile donat?labilir.

Cihaz ü? farkl? so?utma ekipman?na ba?lanabilir. Biri s?v? azot sistemi LN2 / GN2 so?utma), biri sirkülasyonlu so?utma veya intracooler, di?eri ise so?utma havas?d?r. Bu ü? so?utma y?nteminin her biri farkl? ?zelliklere ve uygun uygulamalara sahiptir. Bas?n?l? hava nispeten basittir, minimum so?utma s?cakl??? normal s?cakl?kt?r, dü?ük s?cakl?k uygulamalar? gerektirmeyen durumlar (plastik, termoset re?ine endüstrisi vb.) ??in uygundur ve genellikle ?l?üm bitiminden sonra otomatik so?utma olarak kullan?l?r, b?ylece f?r?n g?vdesi normal s?cakl??a so?utulur, kolay Sonraki numunenin eklenmesi; s?v? azot sistemi, mekanik so?utmaya g?re daha h?zl? so?utma ve daha dü?ük bir s?cakl??a (-180 ° C) dü?ürme avantaj?na sahiptir. Dezavantaj?, s?v? azotun kendisinin bir sarf malzemesi olmas?d?r. Eklemek gerekir, sarf malzemesi maliyeti fakt?rleri vard?r; mekanik so?utma, so?utma h?z? ve s?n?r s?cakl?kta s?v? azottan daha dü?ük olmakla birlikte, a?a??daki temelde hi?bir sarf malzemesi fakt?rü her zaman kullan?lamaz, bu da avantaj?d?r.

S?cakl?k art?? h?z? termal analiz deneyinin sonu?lar? üzerinde ?nemli bir etkiye sahiptir. Genel olarak, a?a??daki gibi ?zetlenebilir.

(1) TG, DSC e?risi taraf?ndan temsil edilen numunenin belirli bir reaksiyonu i?in, s?cakl?k art?? h?z?ndaki art?? genellikle reaksiyon Ti'nin ba?lang?? s?cakl???, tepe s?cakl??? Tp ve sonland?rma s?cakl??? Tf'nin art?r?laca?? ?ekildedir. H?zl? s?cakl?k art???, b?ylece reaksiyon henüz ilerleyemedi, daha yüksek bir s?cakl??a girer, montaj reaksiyonu gecikir (yukar?da resmedilmi?tir).

(2) H?zl? s?cakl?k art???, reaksiyonu yüksek bir s?cakl?k b?lgesinde daha yüksek bir h?za itmektir, yani sadece DSC e?risinin tepe s?cakl??? Tp artt?r?lmaz, ayn? zamanda tepe genli?i daralt?l?r ve zirve edilir (g?sterildi?i gibi) yukar?daki ?ekil).

Az miktarda numune, gaz ürününün difüzyonu ve numunenin i? s?cakl??? i?in faydal?d?r, s?cakl?k gradyan?n? azalt?r ve numune s?cakl???n?n, absorpsiyon ve ortam?n neden oldu?u do?rusal s?cakl?k art???ndan sapmas?n? azalt?r. numunenin ?s? yayma etkileri. Deneyler, pik alan?n hala numunenin par?ac?k büyüklü?ü ile ili?kili oldu?unu g?stermi?tir. Par?ac?k ne kadar kü?ük olursa, DSC e?risinin ekzotermik zirvesinin alan? o kadar büyük olur. Ek olarak, kaz?kl? gev?ek numune par?ac?klar? aras?nda, numunenin termal olarak bozulmas?n? sa?layan bir bo?luk vard?r ve par?ac?klar ne kadar kü?ükse, kaz?k ne kadar yak?n istiflenebilir ve ?s? iletimi iyidir. Numunenin par?ac?k boyutundan ba??ms?z olarak, penguen yo?unlu?unun tekrarlanmas? ?ok kolay de?ildir ve ayr?ca TG e?risi topografisini de etkiler.

Reaksiyonun gaz halinde bir ürün olu?turmas? i?in, gaz ürünü zaman?nda uzakla?t?r?lmazsa veya gaz halindeki ürünün atmosferdeki k?smi bas?nc? ba?ka yollarla artt?r?l?rsa, reaksiyon yüksek bir s?cakl??a getirilir. Atmosferin termal iletkenli?i iyidir, bu da sisteme daha fazla ?s? sa?lamak ve ayr??ma reaksiyonunun h?z?n? artt?rmak i?in faydal?d?r. ü? soy gaz?n argon, azot ve helyum ile s?cakl?k aras?ndaki ili?ki s?rayla artmaktad?r.

A?a??daki ?ekil dolomitin ayr??ma testini g?stermektedir. Ayr??ma süreci a?a??daki iki ad?mdan olu?ur:

MgCO3 → MgO + CO2 ↑

CaCO3 → CaO + CO2 ↑

Geleneksel N2 temizleme ko?ulu alt?nda, iki ayr???m a?amas?n?n s?cakl??? benzerdir ve ay?rma etkisi iyi de?ildir. MgCO3 ve CaCO3'ün iki bile?eninin i?eri?ini do?ru bir ?ekilde hesaplamak zordur. Bu nedenle, bu ?rnekte bir temizleme atmosferi olarak CO2 kullan?lm??t?r. Her iki kilo verme a?amas? da CO2 üretti?inden, temizleme atmosferi olarak CO2'nin kullan?lmas? kimyasal dengeyi etkileyecek ve reaksiyonun "gecikmesine" neden olacakt?r (a??rl?k kayb? oran? etkilenmez). ?ki a?amal? ayr??man?n “gecikme derecesi” ayn? olmad???ndan, ikinci a?ama a??rl?k kayb?n?n (CaCO3 bozunmas?) gecikmesi daha ?nemlidir. Bu ?ekilde, ad?m ayr?m?n?n etkisi etkin bir ?ekilde elde edilir ve numunedeki MgCO3'ün kütle oran? 44.0% (MgCO3/CO2=1.91) olarak do?ru bir ?ekilde hesaplanabilir ve CaCO3'ün kütle oran? 55.3%'dir (CaCO3/ CO2=2.27).

Numune tutucusundaki ortam bo?lu?unun gaz faz yo?unlu?u, s?cakl?k art??? ile azal?r ve b?ylece g?rünür a??rl?k kazanc? olarak ifade edilen kald?rma kuvveti azal?r. Numune kab? i?in, yukar? do?ru akan hava g?rünür kilo kayb?na neden olur ve iki hava türbülans?, numune kab?n?n üzerindeki hava ??k??? vas?tas?yla ayarlanabilen potan?n boyutu ve ?ekli ile ili?kili a??rl?k kazanc?na neden olur, ancak TG e?risi olu?turulur. Tüm s?cakl?k aral???nda belirgin bir kütle de?i?iminin olmamas? zordur.

Potaya yüklenen numunenin s?k?l?k derecesi, piroliz gaz? ürününün ?evre ortam havas?na difüzyonunu ve numunenin atmosfer ile temas?n? etkiler. ?rne?in, kalsiyum oksalat monohidrat CaC2O4 · H2O'nun ikinci a?amas? karbon monoksit CO'nun reaksiyonunu kaybeder: CaC2O4 · H2O → CaCO3 + CO ↑

Ortam hava oldu?unda, numune gev?ekse ve yeterli oksitleyici atmosfere sahipse, DSC e?risi, ?rnek nispeten ise, CO: 2CO + O2 → 2CO2'nin oksidasyonu olan ekzotermik bir etkiye (pik s?cakl?k 511 ° C) sahiptir. Kompakt, yoklu?unda Oksijen durumunda, DSC e?risinin endotermik bir etkisi vard?r. A?a??ya bak?n?z.

gev?ek (1) ve daha fazlas? (2)

Amorf kat?lar i?in, ?s?tma s?ras?nda amorf kat?dan ak?? dinamiklerine (polimerik malzemeler i?in olduk?a elastik) cam ge?i?i meydana gelir. Bu i?lemde, ?zgül ?s? de?i?imi ile birlikte, ?s? emme y?nüne do?ru bir ad?m olarak DSC e?risine yans?t?l?r.

?ekim. Bu analizden, malzemenin cam ge?i? s?cakl??? elde edilebilir.

Yukar?daki ?ekil bir epoksi re?ine ?rne?inin cam ge?i? testini g?stermektedir. Uluslararas? standartlara g?re, cam ge?i?i genellikle 129.5 ° C olan orta noktay? al?r. Spesifik ?s? de?i?imi kabaca ge?i?in ?iddetini karakterize eder.

Kristalin erimesi, eritme i?lemi s?ras?nda endotermik bir etkinin e?lik etti?i birinci dereceden bir faz ge?i?idir. DSC kullan?larak, endotermik etki, erime noktas?, erime entalpisi ve benzerleri gibi bilgileri elde etmek i?in ?l?ülebilir.

Yukar?daki ?ekil metalin erimesini g?stermektedir. Erime noktas? 156.7 ° C'dir (teorik 156.6 ° C), entalpi 28.58 J / g'dir (teorik de?er 28.6 J / g).

Yukar?daki ?ekil, ?s?tma s?ras?nda amorf ala??m?n cam ge?i?ini, so?uk kristalizasyonunu ve erime testini g?stermektedir. Amorf ala??mlar, oda s?cakl???nda yetersiz kristalle?me nedeniyle yüksek derecede amorf faza sahiptir, bu nedenle ?s?tma s?ras?nda ?nemli bir cam ge?i?i vard?r. Daha sonra bir so?uk kristalle?tirme piki ortaya ??kar ve nihai erime piki kristalin oda s?cakl???nda ayn? anda erimesini ve so?uk kristalle?tirme i?leminin ilave kristal k?sm?n? i?erir.

Termogravimetrik analiz?rü kullanarak, ayr??ma sürecinin ilk a?amas?n? analiz ederek, malzemenin termal kararl?l???n? anlamak ve kullan?m s?cakl???n?n üst s?n?r? hakk?nda bilgi edinmek kolayd?r.

Termal stabiliteyi temsil edebilen s?cakl???n ek a??klamas? i?in geleneksel harici ba?lang?? noktas? y?ntemi kullan?labilir (TG ad?m? veya DTG tepe noktas? harici ba?lang?? noktas? olarak kullan?labilir), ancak s?cakl?k analiz s?n?r ko?ullar?na tabidir (tanjant aral???n? al?n) Etki, bazen yeterince kararl? de?il. Endüstriyel alanda ve kalite kontrol durumlar?nda, ürünün termal stabilitesini karakterize etmek i?in 1%, 2%, 5%'den fazla kilo kayb? kullan?l?r ve hesaplama sonucu daha do?ru ve güvenilirdir.

Yukar?daki ?ekilde, bir PCB malzemesi olarak bir laminat numunesinin 5% TD (5% a??rl?k kayb?) test spektrumu g?sterilmektedir. Numune toplam ü? kez test edildi ve tekrarlanabilirlik iyiydi ve 5% TD 337.5 ± 1.5 ° C aral???ndayd?.

Yukar?daki ?ekil politetrafloroetilen PTFE'nin termal bozunma i?lemi testini g?stermektedir. N2 atmosferi 700 ° C'den ?nce kullan?ld? ve 700 ° C'den sonra havaland?r?ld?. PTFE yüksek s?cakl??a dayan?kl? bir malzemedir, ilk bozunma s?cakl??? 500 ° C veya daha yüksektir (TG d?? kesme ba?lang?? noktas? ?ekilde 569.5 ° C'dir) ve maksimum a??rl?k kayb? oran? noktas? (DTG pik s?cakl???) ?rnek, inert bir atmosfer alt?nda 100% tamamen a??rl?k kayb? olmu?tur ve karbon kal?nt?s? olu?mam??t?r. Bu, daha fazla kilo kayb? olmadan grafikten havaya ge?erek do?rulanabilir. C-DTA e?risi ek olarak 330.6 ° C s?cakl?kta PTFE'nin erime zirvesini verir.

Bir termogravimetrik analiz?r kullan?larak, bir?ok malzemenin i? bile?en oran?, uygun bir ?s?tma h?z? ve ?l?üm atmosferi kullan?larak ve farkl? atmosferler aras?nda rasyonel olarak düzenlenerek ?ok a?amal? kilo kayb? ?l?üm sonu?lar?na g?re hesaplanabilir.

Yukar?daki ?ekil cam elyaf takviyeli PA66'n?n a??rl?k kayb? proses analizini g?stermektedir. 850 ° C'den ?nce N2 kullan?n, 850 ° C'den sonra havaya ge?in. ?ekilden, kilo kayb?n?n a?a??daki a?amalara ayr?ld??? g?rülebilir:

1. 1.300 ° C'den ?nce az miktarda kilo kayb?: a??rl?k kayb? 0.6%. Malzemede ve baz? organik u?ucularda adsorbe edilen nem olabilir.

2. 300 ~ 850 ° C: Ana kilo kayb? ad?m?, kilo kayb? 63.4%'dir. PA66'n?n ayr??mas?.

3. 850 ° C'de havaya ge?tikten sonra: a??rl?k kayb? 1.5%'dir, bu da karbon ?s? kayb?na kar??l?k gelir (PA66 bozunma ürünü).

Kal?nt? kalite: 34.5%. Ayr??mayan veya oksitlemeyen bir cam elyaf bile?en olmal?d?r.

Yukar?daki analizden, numunedeki PA66 oran? 64.9% (63.4 + 1.5) olarak hesaplanabilir. Cam elyaf oran? 34.5%'dir. Geri kalan nem / u?ucu fraksiyon 0.6% idi.

Bir termogravimetrik analiz?r kullan?larak bir nesil numunenin (ya?lama ya?? gibi) buharla?ma i?lemi test edilebilir ve stabilitesi karakterize edilebilir.

Yukar?daki ?ekilde perfloropolimer ya?lay?c?lar?n buharla?ma i?lemi testi g?sterilmektedir. S?cakl?k program?, oda s?cakl???ndan 130 ° C'ye yükseltildi ve sabit bir s?cakl?kta tutuldu. ?ekil 10, 15, 20, 25, 30 dakikada kütle yüzdesini ve 13.9 dakikada en h?zl? odak kayb?n? ve kar??l?k gelen DTG a??rl?k kayb? oran?n? g?sterir. Benzer ?ekilde TG, depolama stabilitelerini karakterize etmek i?in kafur gibi baz? kat? numunelerin buharla?ma (süblimasyon) sürecini de ?l?ebilir.

Yukar?daki ?ekil, farkl? nem ortamlar? alt?nda STA cihaz? üzerinde test edilen kilin dehidrasyon ve su emme i?lemini g?stermektedir. Test, belirli bir nemin tahliye atmosferini olu?turmak i?in bir nem jenerat?rü kullan?larak yakla??k 30 ° C'lik sabit bir s?cakl?kta ger?ekle?tirildi. 5% ba??l nemin daha kuru bir temizleme atmosferi alt?nda, numunenin a??rl?k kayb? 0.81% olan bir dehidrasyon i?lemi sergiledi?i g?rülebilir. Atmosfer 25% ba??l neme ?evrildi?inde, numune 1.66% a??rl?k kazanc? ile su emilimi sergiledi. 50% ve 75% ba??l neme müteakip, numunelerin tamam? suyu emdi ve a??rl?k kazanc? s?ras?yla 1.38% ve 2.82% idi. Ayn? zamanda, mavi DSC e?risinde, su emme i?leminin ekzotermik etkisi ve entalpisi g?zlenebilir.

Yukar?daki ?ekil, ba?ka bir PET numunesi farkl? bir so?utma h?z? kullan?larak erimi? halden normal bir s?cakl??a so?utulduktan sonra ba?ka bir ikinci s?cakl?k art??? ile elde edilen sonu?lar? kar??la?t?rmaktad?r. So?utma h?z? ne kadar h?zl? olursa, numunenin kristalle?mesi o kadar az olur ve ikinci ?s?tma ile elde edilen so?uk kristalle?me tepe alan? ne kadar büyük olursa, kristallik o kadar dü?ük olur.

Farkl? kristallik, malzemenin mekanik ?zelliklerini (esneklik, süneklik, darbe direnci vb.), optik ?zellikleri, solvent direncini ve i?lenebilirli?ini etkileyecektir. Bu nedenle termoplastiklerin üretim sürecinde kristallik, tespit ve kontrol i?in de ?nemli bir g?stergedir.

Malzemenin oksidatif stabilitesi DSC kullan?larak test edilebilir. Spesifik test y?ntemleri OIT y?ntemini ve dinamik s?cakl?k oksidasyon y?ntemini i?erir.

Oksidasyon indüksiyon süresi (OIT) plastik endüstrisi i?in standart bir test y?ntemidir. Sabit s?cakl?k genellikle 200 ° C'dir, ancak oksidasyon süresinin uzunlu?una g?re uygun yukar? / a?a?? ayar? yap?labilir. Farkl? ?rnek partilerinin oksidasyon indüksiyon zaman? (OIT) fark?na g?re, malzemelerin anti-oksidasyon performans? fark? ve farkl? anti-oksidasyon katk? maddelerinin anti-oksidasyon etkisi kar??la?t?r?labilir ve dolayl? olarak kullan?labilir. malzemelerin ya?lanma kar??t? ?zelliklerinin fark?. ?lgili ?l?üm standartlar?: DIN EN 728, ISO / TR 10837, ASTM D 3895.

Yukar?daki resim, ulusal standart y?nteme uygun olarak polietilen plastik partikül OIT testini g?stermektedir. Numune yakla??k 15 mg'a tart?ld?, a??k bir Al potaya yerle?tirildi ve 50 ml / dakika N2 korumas? alt?nda 200 ° C'ye kadar ?l?t?ld? ve 5 dakika sonra 02'ye ge?irildi. ?l?ülen oksidasyon indüksiyon periyodu (ba?lang??taki O2'ye ge?i?ten oksidatif ekzotermik zirvenin ekstrapolasyon ba?lama noktas?na kadar ge?en süre fark?) 40.1 dakikad?r.

DSC, ?s?yla sertle?en re?inelerin (epoksi re?ineleri, fenolik re?ineleri, vb.) Ve ayr?ca kaplamalar?, yap??t?r?c?lar? ve benzerlerinin sertle?tirme i?lemini ?l?ebilir.

A?a??daki ?ekil, cam elyaf takviyeli epoksi re?ine (GFEP) prepreginin s?cakl?k art??? sertle?tirme testini g?stermektedir. Kürlenmemi? prepreg, dü?ük bir cam ge?i? s?cakl???na (101.5 ° C) sahiptir ve ?s?tma i?lemi s?ras?nda kat?la??r. DSC e?risinde büyük bir ekzotermik tepe g?sterir (?ekilde ?ekil 136.4, 158.9 ° C ?ift tepe, entalpi kürlenmesi 43.10) J / g); ikinci bir s?cakl?k art??? i?in so?utulduktan sonra, re?ine kat?la?t???ndan, cam ge?i? s?cakl??? 142.4 ° C'ye yükseltilir ve sertle?en ekzotermik zirve art?k g?rünmez.

Not: Epoksi re?ineleri i?in cam ge?i? s?cakl???, sertle?me derecesinin do?rusall???na yak?nd?r. Sertle?me derecesi ne kadar yüksek olursa, malzemenin i? ?apraz ba?lant?s? o kadar eksiksiz olur, segmentin hareketlili?i o kadar dü?ük olur ve cam ge?i? s?cakl??? o kadar yüksek olur.

Yukar?daki ?ekil, ?s?tma i?lemi s?ras?nda demirin faz de?i?imi testini g?stermektedir. 771.5 °C'deki endotermik tepe noktas? Curie noktas? ge?i?idir ve malzeme ferromanyetikten paramanyetik hale d?nü?türülür. 918.6°C ve 1404.1°C'deki endotermik pik, iki kafes yap?s? (bcc vücut merkezi – fcc yüz merkezi) aras?ndaki ge?i?tir. Netzsch SC404/STA449, yüksek s?cakl?klarda oksidasyonu ?nlemek i?in numunelerin saf bir at?l atmosferde ?l?ülmesini sa?lamak i?in yüksek vakumlu hermetik bir yap?ya ve benzersiz bir OTS oksijen adsorpsiyon sistemine sahip tam otomatik bir vakum sistemine sahiptir.

Polimorfizm, bir maddenin iki veya daha fazla farkl? kristal yap?da mevcut olabilece?i olgusunu ifade eder. ?e?itli kristal formlar? farkl? fiziksel ve kimyasal ?zelliklere sahiptir ve belirli ko?ullar alt?nda birbirlerine d?nü?türülebilir.

Yukar?daki ?ekilde, Sulfathiazole ilac?n?n DSC ?l?ümü g?sterilmektedir. ?ekildeki 173.7 ° C'deki endotermik tepe, daha sonra Form I'e d?nü?türülen Form III'ün erimesidir. 196.2 ° C'deki kü?ük endotermik tepe Form II'nin erimesidir ve 201.4 ° C'deki endotermik tepe, Form I'in erimesi

Test prensibi

Termal fizi?in tan?m?na g?re, ?zgül ?s? kapasitesi c (genel termal analizde yer alan sabit termal ?zgül ?s? kapasitesi Cp), belirli bir s?cakl?kta numunenin birim kütlesi ba??na birim s?cakl???n? artt?rmak i?in gereken enerjidir. Yani: Cp = Q / (m * △ T), birim J / g * K

Bu denklemi biraz de?i?tirin:

Q = Cp * m * △ T

Daha sonra zaman? ay?rt edin, ?s?tma i?lemi s?ras?nda numunenin endotermik gücünü al?n q = dQ / dt, ?s?tma oran? HR = dT / dt, yani: q = Cp * m * HR

Is? ak?? tipi DSC kullan?larak, belirli bir s?cakl?ktaki bilinmeyen spesifik ?s? numunesi sam'in endotermik gücü q ve belirli bir s?cakl?kta bilinen spesifik ?s? standard? ?rnek std s?ras?yla dinamik bir ?s?tma h?z?nda ayn? ?s?tma h?z?nda ?l?ülür ve elde edilir:

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

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

KT, belirli bir s?cakl?ktaki DSC orijinal sinyalinin (birim uV) bir ?s? ak?? sinyaline (birim mW) d?nü?türülebildi?i ?s? ak?? sens?rünün hassasiyet katsay?s?d?r. DSCbsl, bir ?ift bo?luk kullan?larak ?l?ülen bir taban ?izgisidir ve numunenin ve standard?n ?s? ak??? ?l?ülürken ??kar?l?r.

Yukar?daki iki denklemi b?lün ve KT ve HR elde etmek i?in birbirleri ile b?lünür:

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

(Cpsam * msam) / (Cpstd * mstd)

Hafif bir de?i?iklik, yani belirli bir s?cakl?kta numunenin sabit bas?nca ?zgü ?s? kapasitesi:

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

DSCxxx, rel, sub, taban ?izgisi veya referans?n μV / mg cinsinden ba??l koordinatlarda taban ?izgisinden ??kar?lmas?ndan sonra DSC sinyalini temsil eder.

Yukar?daki ?ekil, RT ~ 1000 ° C aral???nda yüksek s?cakl?k DSC'de ?l?ülen saf bir bak?r numunenin ?zgül ?s? de?erini (ye?il e?ri) ve literatür de?eri (mavi e?ri) ile kar??la?t?rmay? g?stermektedir.