Termická analýza
Zdeněk Moravec
hugo@chemi.muni.cz
Termická analýza
► Soubor metod, sledujících chování vzorku během definovaného teplotního programu
► TGA - termogravimetrie - sledujeme změny hmotnosti vzorku
► DSC - diferenční skenovací kalorimetrie - sledujeme tepelné efekty
► STA - simultánní termická analýza
Termogravimetrie
► Měříme změny hmotnosti vzorku při jeho plynulém ohřevu nebo ochlazování
► Změny hmotnosti se vyjadřují jako závislost na teplotě nebo čase analýzy
► Během ohřevu může docházet k poklesu hmotnosti vzorku, z důvodu uvlňování plynu, např. vody nebo oxidu uhličitého
► Může také docházet ke zvyšování hmotnosti vzorku reakcí s atmosférou - oxidace nebo redukce vzorku
► TG křivky podávají informace o složení zkoumaného vzorku, jeho tepelné stálosti, teplotním rozkladu a také o produktech vznikajících při rozkladu
► TG křivka ve svém průběhu obsahuje úseky vodorovné s osou x, tzv. prodlevy, a zlomy. Prodlevy jsou úseky, kdy ještě nedošlo k žádné změně hmotnosti vzorku. Zlomy naopak naznačují, že se analyzovaný vzorek začíná rozkládat (mění svoji hmotnost).
3/13
Termogravimetrie
► Diferenční Termická Analýza
► Předchůdce DSC, jednodušší instrumentace
► Umožňuje měřit tepelné změny vzorku během analýzy
► Měříme rozdíl teploty kelímku se vzorkem a referenčního kelímku
DSC
► DSC s kompenzací příkonu - podstatou DSC s kompenzací příkonu je zachování nulového teplotního rozdílu mezi měřeným a srovnávacím vzorkem. Tato varianta DSC je charakterizována dvěma oddělenými měřícími celami a dvěma tepelnými zdroji a měříme tedy elektrický příkon, který je potřebný k udržení konstantní teploty obou vzorků.
► DSC s tepelným tokem - druhou variantou je metoda DSC s tepelným tokem. Měření rozdílu příkonu je nahrazeno měřením rozdílu teplot vzorku a srovnávacího vzorku, které jsou umístěny ve společné peci a jsou spojeny tepelným mostem. Se znalostí tepelného odporu mezi pecí a vzorkem a referencí lze považovat tepelný tok od vzorku nebo ke vzorku za úměrný rozdílu teplot. Teplota vzorku je měřena termočlánkem, který je v kontaktu se vzorkem.
100 200 300 400 500 000 700 300 90C
Temperature rc
► Simultánní metody (STA) - umožňují zkoumat více fyzikálních vlastností během jednoho měření. Výhodou tohoto přístupu je, že nemusíme připravovat nové vzorky a máme tak dány stejné experimentální podmínky. Na druhou stranu ale tyto podmínky musí vyhovovat všem použitým metodám.
► Mezi nejvíce rozšířenou dvojici metod patří TG-DTA a TG-DSC. Tyto metody se totiž dobře doplňují.
Coupling TGA/IR
► Plyny vznikající během degradace vzorku vedeme do měřící cely a pomocí IR spektroskopie stanovíme jejich složení
► Během transportu plynů z pece do měřící cely dochází k velkému zředění plynu, proto je nutné používat citlivější detektory (MCT)
Praktické využití termické analýzy
► Studium degradačních procesu - polymery, organické a anorganické materiály
► Charakterizace polymerů - skelný přechod
► Farmacie a potravinářství - studium lyofilizačních a krystalizačních procesů
► Materiálová chemie kovů - konstrukce fázových diagramů slitin
► Geologie - identifikace přírodních materiálů
12/13
13/13