Termoanalitikai módszerek

A vizsgált anyagban hő hatására végbemenő folyamatok nyomonkövetése a rendszer hőmérsékletének és/vagy a felvett hőnek mérése/detektálása segítségével

Alkalmazott technikák Thermometric Titration (TT) Heat of mixing Thermal Mechanical Analysis (TMA) Thermal Expansion Coefficient Dynamic Mechanical Analysis (DMA) Viscoelastic Properties Differential Scanning Calorimetric (DSC) Heat flow during Transitions Thermal Gravimetric Analysis (TGA) Weight Loss due to decomposition Derivative Thermogravimetric Analysis (DTG) Differential Thermal Analysis (DTA) Heat of Transitions Temperature Programmed Desorption (TPD) Temperature at which gas is desorbed from (catalyst) surface Emission gas Thermoanalysis (EGT)

Termogravimetria Differenciális termikus analízis (DTA) Differenciális szkenning kalorimetria (DSC)

definíció “…. az a módszer, amelyben egy anyag bizonyos tömegét mérjük a hőmérséklet függvényében úgy, hogy a vizsgált anyag kontrollált hőmérsékleti programnak esik alá …” “Kontrollált hőmérsékleti program lehet: fűtés, és/vagy hűtés lineáris programozással (leggyakrabban) izotermikus mérések kombinált fűtés, hűtés és izotermikus lépések az anyag viselkedésének megfelelő módon tervezett hőmérsékleti profilok alkalmazása

TG készülék BALANCE CONTROLLER TEMPERATURE PROGRAMMER GAS IN WEIGHT POWER FURNACE TEMP. SAMPLE TEMP. WEIGHT GAS IN GAS-TIGHT ENCLOSURE SAMPLE HEATER

mérleg/kályha konfigurációk

Derivatív termogravimetria tömeg (%) zöld, tömegvesztés-arány (%/°C) kék

TGA – Ca(C204)*xH2O

A fűtési folyamat fizikai határai Gáz-csere: reagáló gázok befelé, termékek kifelé irányuló mozgása Konvekció a környező atmoszférában A kályha falának sugárzása Hővezetés a mintatartón és a készüléken keresztül Minta hőmérséklet-mérése

factors that affect the results A) INSTRUMENTAL heating rate furnace atmosphere and flow-rate geometry of pan and furnace material of pan B) SAMPLE-RELATED mass particle size sample history/pre-treatment packing thermal conductivity heat of reaction For a given instrument, careful standardisation of experimental procedures leads to highly reproducible results.

sources of error A) MASS NOISY OR ERRATIC RECORDS Classical buoyancy Effect temp. on balance convection and/or turbulence viscous drag on suspension NOISY OR ERRATIC RECORDS CAN ARISE FROM: static vibration pressure pulses in lab. uneven gas flow These are lumped together as the “buoyancy” correction, and if significant, can be allowed for by a blank run B) TEMPERATURE Temperature calibration difficult to carry out accurately. Many methods exist, but none totally satisfactory. Best accuracy from simultaneous TG-DTA or TG-DSC instrument.

kalibráció TÖMEG - standard tömegekkel Use standard samples to check operation, but unwise to use them as mass standards. HŐMÉRSÉKLET - Four approaches: Observe deflection on Temperature/time curve Curie-point standards Drop-weight methods In simultaneous-type units, use melting standards DO NOT use decomposition events to define temperature.

Differential thermal analysis (DTA) a minta és referencia-tégelyek egy kemencében vannak !

DTA Sample and Reference Placed in Heater Constant Heating Rate Data Initial Temp Final Temp Heating Rate (°C/min) Data Temp of Sample vs Time (or Temp) Temp of Reference vs Time (or Temp) Reference should be inert, e.g. nothing but latent heat Measures Heat of crystallization Glass Transition Temperature

DTA-görbe

DTA + DTG

Differential scanning calorimetry (DSC)

Differential scanning calorimetry (DSC) a minta és referencia-tégelyek egymástól hőszigetelve helyezkednek el!

DSC-görbe

Best Practices of Thermal Analysis small sample size good thermal contact between the sample and the temperature-sensing device proper sample encapsulation starting temperature well below expected transition temperature slow scanning speeds proper instrument calibration use purge gas (N2 or He) to remove corrosive off-gases avoid decomposition in the DSC He improves the resolution of the DSC, but the DSC must be recalibrated for temperature and heat flow when using a helium flow due to its higher thermal conductivity.

Alkalmazások

Fizikai és kémiai változások módosulatváltozás (endoterm, exoterm) olvadás (endoterm) párolgás, szublimáció (endoterm) adszorpció (exoterm) deszorpció (endoterm) kemiszorpció (exoterm) deszolvatálás (endoterm) termikus disszociáció (endoterm) bomlás (endoterm)

Fizikai és kémiai változások oxidatív bomlás (exoterm) redukció (endoterm) szilárd-szilárd kölcsönhatás (endoterm, exoterm)