Analiza termiczna

Kraków 2008

Analiza termiczna

- Wprowadzenie,
- Metody analizy
- Termiczna analiza różnicowa (DTA),
- Termograwimetria,
- Identyfikacja substancji w DTA,
- Podsumowanie.

Analiza termiczna

Wprowadzenie

Podczas ogrzewania układu, który zawiera badaną substancję
(pierwiastek, związek, mieszaninę), w większości przypadków
zachodzą przemiany fizyczne lub chemiczne.

Analiza termiczna – zespół metod badania zmian wybranych
właściwości fizycznych substancji pod wpływem zmian
temperatury.

Analiza termiczna

Wprowadzenie

Metody analizy termicznej wykorzystywane są do:

- Badania reakcji chemicznych i przemian fazowych
zachodzących podczas ogrzewania substancji,
- wyznaczania parametrów termodynamicznych i kinetycznych
reakcji,
- Określania składu fazowego i chemicznego substancji
(jakościowo i ilościowo),
- Określania czystości surowców,
- Wyznaczania trwałości termicznej.

Analiza termiczna

Wprowadzenie

Podział metod analizy termicznej wg mierzonych przez nie
parametrów:
- Termograwimetria (TG) – rejestrująca zmiany ciężaru próbki ,
- Termiczna analiza różnicowa (DTA) – rejestrująca zmiany
temperatury,
- Różnicowa kalorymetria scanningowa (DSC) – rejestrująca
zmiany entlapii,
- Analiza termocząstkowa (EGA), termiczna analiza
emanacyjna (EGD) – rejestrujące objętość i skład chemiczny
gazowych produktów reakcji,
- Termodylatometria – rejestrująca zmiany liniowych
wymiarów próbki i ich niektórych właściwości mechanicznych –
analiza termomechaniczna,

Analiza termiczna

Wprowadzenie

- Termosonimetria - rejestrująca natężenie efektów
akustycznych towarzyszących reakcjom,
- Termoelektrometria – rejestrująca przewodnictwo, oporność
oraz pojemność elektryczną,
- Termomagnetometria – rejestrująca zmiany podatności
magnetycznej próbki,
- Termooptometria – rejestrująca zmiany zespołu własności
optycznych substancji

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

DTA umożliwia wykrywanie efektów cieplnych, które
towarzyszą przemianom fizycznym lub chemicznym. Polega na
rejestracji różnicy temperatur pomiędzy substancją badaną a
substancją wzorcową (odniesienia), względem czasu lub
temperatury.

Substancja odniesienia musi zostać dobrana tak, aby w danym
zakresie temperatur nie podlegała żadnym przemianom
fizycznym lub chemicznym (najczęściej stosuje się Al

2

O

3

lub

MgO).

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

Termiczna analiza różnicowa pozwala na identyfikację
związków, które w badanym zakresie temperatur ulegają
przemianom egzotermicznym lub endotermicznym. A wśród nich
wyróżnić można:
- reakcje chemiczne (utlenianie, redukcja, dysocjacja, synteza),

- procesy fizyczne, głównie przemiany fazowe:

- ze zmianą stanu skupienia (sublimacja, wrzenie, topnienie,

krystalizacja)

- bez zmiany stanu skupienia (przemiany polimorficzne).

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

Zasada metody

Ogrzewa się w piecu jednocześnie i w takich samych warunkach
badaną próbkę oraz próbkę wzorcową – taką, w której nie
zachodzą żadne przemiany termiczne. Przy czym należy tak
prowadzić ogrzewanie, by zależność temperatury od czasu miała
charakter liniowy.
Aby można było zmierzyć interesującą różnice temperatur

∆

T

próbki i próbki wzorcowej, w obu próbkach umieszczone są
termoelementy. Połączone są one z reszta układu tak by była
możliwość wyznaczenia

∆

T.

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

Jeżeli w próbce nie zachodzą
żadne reakcje przebiegające z
efektem cieplnym, temperatury
obu próbek są takie same
(Ts=Ti). Czyli

∆

T=0. Jeżeli w

próbce zajdą takie reakcje

∆

T

będzie różna od 0.

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

- w przypadku reakcji endotermicznej temperatura próbki T

S1

będzie niższa niż temperatura substancji wzorcowej T

i1

, a

przyrząd wskaże napięcie odpowiadające różnicy temperatur

∆

T.

- w przypadku reakcji egzootermicznej temperatura próbki T

S1

będzie wyższa niż temperatura substancji wzorcowej T

i1

, a

przyrząd wskaże napięcie odpowiadające różnicy temperatur

∆

T

(przeciwny niż w poprzednim przypadku).

Analiza termiczna

Termiczna analiza różnicowa DTA

Aparatura:

1 – piec
2 – badana próbka
3 – próbka wzorcowa
4 – układ sterowania – ma
zapewnić

zależność

liniową temperatury od
czasu
5 – układ rejestrujący

∆

T

6 – układ rejestrujący T

S,

T

i

Analiza termiczna

Termograwimetria

Termograwimetria polega na rejestrowaniu zmian masy
substancji podczas ogrzewania lub studzenia w funkcji czasu lub
temperatury lub na pomiarze zmiany masy substancji ogrzewanej
izotermicznie w funkcji czasu.

Używane do tego celu urządzenia nazywa się termowagami.
Składa się ono z wagi, gdzie do szalki przymocowany jest tygiel
z badaną próbką umieszczony w ogrzewanym piecu (wzrost lub
spadek temperatury ma charakter liniowy).

Analiza termiczna

Termograwimetria

Strata ciężaru może być spowodowana:
- dysocjacją termiczną połączoną z utratą np. wody, dwutlenku
węgla,
- sublimacją,
- utlenianiem z wydzieleniem produktów gazowych.

Wzrost ciężaru może być spowodowany:
- utlenianiem nie związanym z dysocjacją

Analiza termiczna

Termograwimetria

Zmiany masy próbki zapisywane są przez układ rejestrujący. W
wyniku tego otrzymuje się krzywą termograwimetryczną w
układzie masa próbki – temperatura.

W celu poprawienia czytelności krzywych, często wykonywana
jest też równolegle różnicowa analiza termograwimetryczna
(DTG). Otrzymuje się wówczas dodatkowo pierwszą pochodną
krzywej termograwimetrycznej względem czasu lub temperatury.

Analiza termiczna

Identyfikacja substancji w DTA

Identyfikacja substancji w DTA polega na porównywaniu
uzyskanego podczas badania wyniku (termogramu) z
termogramami wzorcowymi.

Każdy efekt termiczny jest charakteryzowany przez:
- Temperaturę początku reakcji (wielkość stała, zależy od energii
potrzebnej do inicjalizacji danego procesu w danych warunkach),
- Temperaturę maksimum reakcji,
- Powierzchnię efektu (miara ilości ciepła pobranego lub
wydzielonego w reakcji),
- Amplituda efektu (zależy od masy próbki, ciepła reakcji, ciepła
właściwego próbki),
- Wskaźnika kształtu przegięcia (wskazuje na tym reakcji).

Analiza termiczna

Zapraszam na przerwę