Термогравиметрический Анализ Реферат
Термогравиметрический Анализ Реферат
Карта
Образование
Фирмы
Блоги
Тесты
Проекты
Top
Фото
Рассылка
Помощь
Реклама
Контакты
Основные порталы (построено редакторами)
Термический анализ (термография) применяется для изучения свойств вещества и процессов, протекающих в нем при нагревании и охлаждении по заданной программе.
Самым распространенным и основным методом термического анализа является дифференциально-термический анализ (ДТА), который позволяет выявить и исследовать фазовые превращения и химические реакции, протекающие в веществе при нагревании, по термическим эффектам, сопровождающим это изменения.
1 Метод термогравиметрического анализа (ТГА) (или термовесового анализа)
Выделяют три вида термогравиметрии:
Изотермическая , или страционарная, когда масса образца измеряется на протядении некоторого времени при постоянной температуре;
Квазистатическая, когда образец измеряется при каждого из ряда возрастающих температур до достижения постоянного значения массы;
Динамическую , когда температура среды, окружающей нагреваемый образец, изменяется по заданному закону (обычно с постоянной скоростью).
В настоящее время наибольшее распространение получила динамическая термогравиметрия.
Термогравиметрия (ТГ) находит широкое применение для анализа в металлургии, лакокрасочной промышленности, производстве керамических материалов, минералогии, органической и неорганической химии и пр. Можно перечислить лишь некоторые из многочисленных областей применения метода ТГ:
Термическое разложение органических, неорганических и полиминеральных материалов;
Реакции в твердой фазе;
Обжиг и прокаливание материалов;
Определение влажности , а так же летучих и зольных компонентов;
Исследование кинетики реакций.
1.1 Основы метода термогравиметрии. Процессы, протекающие с изменением массы.
В основе термогравиметрии находится принцип, по которому при нагревании учитываются изменения, приводящие к уменьшению или увеличению массы изучаемого вещества:
Уменьшение массы вещества при нагревании возможно при протекании следующих процессов:
Увеличение массы вещества возможно при адсорбции газов , при окислении и карбонизации исследуемого вещества.
1.2 Простая и дифференциальная термогравиметрические кривые.
Для получения термогравиметрических кривых определяется потеря в массе вещества в процессе нагревания до высоких температур.
Кривая зависимости потери массы от температуры вычерчивается в координатах абсцисса – температуры, ордината – потеря массы в граммах или процентах. Такая кривая называется простой или интегральной и показывается всю потерю массы от начала и до конца нагрева.
На рисунке 1 показаны характеристики кривой уменьшения массы в случае одностадийной реакции. Для любой одностадийной неизометрической реакции можно выбрать две характерные точки на ТГ кривой:
а) начальную температуру разложения Тн , т.е. такую температуру, при которой суммарное изменение массы достигает чувствительности термовесов;
б) конечную температуру Тк , т.е. температуру, при которой суммарное изменение массы достигает максимального значения, соответствующего завершению реакции.
Разность Тк – Тн называется интервалом реакции.
Количественные определения изменения массы производятся путем измерения расстояния между двумя точками на кривой в направлении от оси массы или между двумя горизонтальными уровнями массы.
При разработке различных методик качественного и количественного термического анализа очень часто возникают большие трудности в расшифровке простой кривой потери массы. Например, на простых термогравиметрических (ТГ) кривых часто не удается разделять стадии, непосредственно следующих друг за другом.
Значительное облегчение в количественной интерпретации простой кривой потери массы дает получение дифференциальной кривой потери массы. Внешний вид простой кривой потери массы, записанной в координатах масса образца (Р) и температура (Т), определяется уравнением Р = f(T) . Математически дифференциальная кривая потери массы является графическим выражением производной по температуре от функции изменения массы исследуемого вещества dP/dT = f ´ (P) , т.е производной от Р = f(T) . Практически построение этой кривой может производиться путем графического дифференцирования на основании данных, полученных в результате предварительной записи простой кривой потери массы изучаемого вещества (рисунок 2).
Для этого на графике через определенные температурные интервалы проводят вертикальные линии и измеряют высоту соответствующих ординат Р (от оси абсцисс до точки на кривой). Разность между соседними значениями Р заносят в таблицу в виде показателя Δ Р . По вычисленным значениям Δ Р строят дифференциальную кривую потери массы в координатах абсцисса – Т , ордината – Δ Р . Графическое построение дифференциальной кривой потери массы трудоемко и недостаточно точно. Поэтому для устранения указанных недостатков применяются специальные термовесы, дающие возможность записывать дифференциальную кривую потери массы.
1.3 Аппаратура метода и получение термогравиметрических кривых
Для проведения термического анализа применяются пирометрические установки (термовесы), позволяющие непрерывно определять массу образца в зависимости от температуры.
Все термические установки состоят в основном из печи или нагревательного устройства, тигля, измерителей температуры печи, регулятора, обеспечивающего нагрев по заданной программе, регистратора термических кривых (самописца).
Принцип работы таких приборов основан на непрерывной регистрации зависимости изменения массы образца от времени или температуры при его нагревании в соответствии с выбранной температурной программой в заданной газовой атмосфере. Одновременно регистрируется выделение или поглощение тепла образцом, обусловленное фазовыми переходами или химическими реакциями.
Процесс ТГ анализа состоит в основном из двух этапов: 1) техническое выполнение анализа и запись термограммы; 2) расшифровка термограммы.
При анализе термограмму исследуемого вещества сравнивают с термограммами «стандартов» – чистых минералов (солей) и по характерным термическим эффектам определяют присутствие их в исследуемом материале. Термограммы «стандартов» приводятся в соответствующих справочниках. Можно пользоваться также справочными таблицами, в которых для различных минералов указаны характерные термические эффекты, соответствующие им температурные интервалы, а также изменение веса.
Таким образом, при проведении качественного анализа, необходимо на полученной экспериментальной ТГ кривой (простой и дифференциальной) определить температуру начала и конца эффекта. По полученным данным по справочнику или по таблицам определяется природа исследуемого вещества.
1.4 Методы повышения разрешения термогравиметрического анализа
Существует несколько подходов к увеличению разрешения термогравиметрического анализа, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Наиболее традиционным методом повышения разрешения термо-гравиметрического анализа является снижение скорости развертки температуры до 1 – 2 °С/мин или меньше. Очевидным достоинством такого подхода являются условия разложения образца близкие к изотермическим. Недостатком можно считать длительное время эксперимента (посчитайте сколько времени займет эксперимент если скорость изменения температуры будет 1 °С/мин, а кривая регистрироваться от 01.01.01 °С).
Известным вариантом ТГА высокого разрешения является автоматический ступенчатый метод сутью, которого является нагревание образца с постоянной скоростью до момента начала реакции (начало определяют по превышению порогового значения скорости изменения массы), а затем нагревание прекращается до окончания реакции разложения образца. В данном методе происходит изотермическое разложение образца на каждой из достигнутых стадий и достигается наиболее высокое разрешение. Но время анализа очень велико.
Интересный вариант повышения разрешения – метод постоянной скорости разложения образца . В данном методе прибор подстраивает скорость нагревания таким образом, что скорость изменения массы поддерживается постоянной. В температурных интервалах, где разложение практически не происходит прибор нагревает образец с большой скоростью, после начала разложения прибор начинает подстраивать скорость, пользуясь встроенным программным обеспечением . Метод позволяет существенно повысить разрешение, при этом время анализа увеличивается не так существенно как в предыдущих методах.
Компания TA Instruments , занимающаяся производством оборудования для термического анализа, в качестве ТГА высокого разрешения предлагает использовать свою патентованную методику фирмы под названием HiResTGA . Метод основан на изменении скорости нагрева образца, но в качестве критерия используется специальный параметр – разрешение, который пользователь задает в программе. В результате может быть достигнута эффективность автоматического ступенчатого метода. Время анализа при этом даже меньше чем в методе постоянной скорости разложения.
2 Дифференциально-сканирующая калориметрия
2.1 Основы метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)
Калориметрия – группа методов физико-химического анализа, в которых измеряется теплота различных процессов:
химических реакций,
теплоемкость (теплота, необходимая для изменения температуры тела)
При физических и химических процессах превращения вещества энергия в виде теплоты может поглощаться или выделяться из него.
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) позволяет регистрировать тепловой поток, который характеризует происходящие в веществе изменения в результате нагрева или охлаждения. В этом методе образец и эталон нагреваются или охлаждаются с одинаковой скоростью, причем их температуры поддерживаются одинаковыми.
В методе ДСК теплоту определяют через тепловой поток – производную теплоты по времени (отсюда в названии термин дифференциальный). Тепловые потоки измеряются по разнице температур в двух точках измерительной системы в один момент времени. Измерения можно проводить как в изотермических условиях, так и в динамическом режиме при программируемом изменении температуры оболочки (нагревателя) (калориметры такого типа называются сканирующими).
2.2 Схема работы дифференциально-сканирующего калориметра
Все ДСК имеют две измерительные ячейки: одна переназначена для исследуемого образца, в другую – ячейку сравнения, помещают либо пустой тигель, либо тигель с образом сравнения – эталоном. Тигли для образцов могут быть выполнены из различных материалов: керамика (например Al2O3), платина Pt, графит, Al, Au, Cu, нерж. сталь покрыт. Au, нерж. сталь, Ti.
Ячейки контролируют максимально симметрично (одинаковые тигли, одинаковые сенсоры, одинаковое расстояние от нагревателя).
Рис. 3 Схема дифференциально-сканирующего калориметра
Регистрация происходит с помощью дифференциальной термопары.
Дифференциальная термопара состоит из двух термопар, которые соединены одноименными концами проволоки и подключены к прибору, который фиксирует изменения в цепи электродвижущей силы, образующейся при нагревании спаев термопар. Один спай помещают в исследуемое вещество, другой в инертное.
Экспериментальные кривые представляют собой зависимость теплового потока от температуры. Площадь пика, ограничиваемая кривой ДСК, прямо пропорциональна изменению энтальпии.
Такая картина расположения пиков уникальна для каждого вещества, таким образом можно получить представление о структуре вещества, и качественно ценить его состав.
Методом сканирования можно измерять температуру фазового перехода. В ходе эксперимента температура в печи линейно возрастает от времени. Исследуемый и сравнительный образцы отстают по температуре всё время на постоянную величину, которая зависит от характеристик прибора. Величина этого отставания для образца определяется при калибровке. Как только исследуемый образец достигает температуры фазового перехода, он начинает поглощать тепло без повышения температуры (происходит изотермический фазовый переход с поглощением тепла), а затем снова начинает равномерно нагреваться.
Нагревание образца происходит ступенчато. Образец выдерживается при постоянной температуре для установления теплового равновесия, затем включается нагревание с постоянной скоростью. После повышения температуры образца на заданную величину нагревание прекращается, и вновь следует изотермический участок для достижения теплового равновесия уже при новом значении температуры. Длительность нагревания – 200 сек, длительность изотермической выдержки – 400 сек. Участки повышения температуры и участки, где температура поддерживается постоянной, чередуются.
Авторам
Открыть сайт
Войти
Пожаловаться
Copyright © 2009-2020 Pandia . Все права защищены
Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов.
Автоответчик: +7 495 7950139 228504
Реклама на сайте
Ограничения, условия, порядок работы
Размещение статей
Рассылка
Правила пользования Сайтом
Правила публикации материалов
Как сделать запрос на удаление материала
Политика конфиденциальности и обработки персональных данных
При перепечатке материалов ссылка на pandia.ru обязательна.
Мы признательны за найденные неточности в материалах, опечатки, некорректное отображение элементов на странице - отправляйте на support@pandia.ru
Реферат : Современные приборы для термических... - BestReferat.ru
Термогравиметрический анализ , Устройство...
Термический анализ древесины и волокнистых полуфабрикатов
Термогравиметрия или термогравиметрический анализ ...
Термический анализ
Историческое Сочинение 945
Некрасов Кому На Руси Жить Хорошо Сочинение
Обеспечение Личной Безопасности На Воде Реферат
Сочинение Про Автора На Английском
Евгений Онегин Про Любовь Сочинение