2012.

Odabrana poglavlja instrumentalne analize

Uvod

Termogravimetrija

Diferencijalna termijska analiza

Diferencijalna skenirajuća kalorimetrija

Uređaj

Primer

Primena

5/7/2012 2SADRŽAJ

5/7/2012 UVOD 3

Skup tehnika kojima se prate promene fizičkih i hemijskihsvojstava uzoraka u funkciji vremena ili temperature.

Uzorak je podvrgnut programiranoj promeni temperature ukontrolisanoj atmosferi.

Uglavnom se mere entalpija, toplotni kapacitet, masa ikoeficijent toplotnog širenja.

5/7/2012 4

Tehnika Merena veličina

Termogravimetrija (eng. Thermogravimetric analysis - TGA)

Masa

Diferencijalna termijska analiza (eng. Differential thermal analysis - DTA)

Razlika temperatura

Diferencijalna skenirajuća kalorimetrija (eng. Differential scanning calorimetry - DSC)

Toplotni sadržaj

Termogravimetrija u zavisnosti od pritiska (eng. Pressurized TGA - PTGA)

Promena mase u funkciji pritiska

Termomehanička analiza (eng. Thermo mechanical analysis - TMA)

Deformacije i dimenzije

Dilatometrija (eng. Dilatometry - DIL)

Zapremina

Gasna analiza (eng. Evolved gas analysis - EGA)

Gasoviti produkti raspadanja

Tabela 1. Termohemijske metode

UVOD

5/7/2012 5

Elektrovaga Kontrolna jedinica vage

Programska jedinica

Računar

Izlaz gasa

Ulaz gasa

Peć

Uzorak

Termopar

Slika 1. Šema TG instrumenta

5/7/2012 6

Ti Tf

∆ m

mi

mf

Temperatura, K

Mas

a, %

Rezultati termogravimetrijske analize su: temperatura početka izavršetka reakcije i promena mase uzorka.

Uzorak se zagreva konstantnom brzinom i ima konstantnu masu, mi,sve dok ne počne razlaganje na temperaturi, Ti.

5/7/2012 7

Porede se temperatura uzorka itemperatura inertnog referentnogmaterijala tokom zadate promenetemperature.

Temperature moraju biti jednakesve dok ne dođe do nekogtermalnog procesa, kao što jetopljenje, razlaganje ili promenakristalne strukture.

Slika 3. Grafik tipična DTA kriva

Slika 2. Metoda DTA

DTA

5/7/2012 TG-DTG 8

Slika 4. Dekompozicija kalcijum – oksalata - monohidrata

Zasniva se na registrovanju i merenju protoka toplote prientalpijskoj promeni u nekom uzorku u zavisnosti od temperature.

Kod nekih DSC ćelija uzorku se zasebno dovodi (i meri) toplotapotrebna da bi se održala ravnoteža između uzorka i standarda(neposredno merenje promena entalpije).

Kod drugih DSC ćelija meri se razlika temperature između uzorkai standarda, ali su ćelije tako pažljivo dizajnirane da se ne izgubiveza između promena temperature i entalpije.

5/7/2012 9DSC

5/7/2012 10

Slika 5. Šema DSC uređaja

Metal 1

Metal 2

Metal 1

Metal 2

Uzorak Inertni standard

Temperatura uzorka

Referentna temperatura

Temperaturna razlika = Heat Flow

DSC je vrlo slična DTA. I ovde se koriste uzorak i inertni standard, ali su ćelije drugačije konstruisane!

Uzorak Referentan

Kontrola gasa

Regulator temperature

Uređaj za prikupljanje

podataka

Pojačivač signala

Detektori

Peć

5/7/2012

Slika 6. Ilustracija endotermnog i egzotermnog efekta kod DSC

analize 1111

Toplotni fluks (mW)

Temperatura (°C)

Entalpija (mJ)Ti

Tf

Bazna linija

Slika 7. Ilustracija očitavanja DSC termograma

Vreme (s)

PET

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0 50 100 150 200 250 300 350

Temperature (C)

Hea

t F

low

(W

/gm

)

Topljenje

Staklasti prelaz

Kristalizacija

Endoterman

Egzoterman

DSC

5/7/2012 12

Perkin-Elmer-TGA-7Perkin-ElmerSTA6000

DSC & TGA Thermal Analysis Packages

Uređaj za TG/DTA/DSC analizu - SDT Q600 V7.0 Build 84

UREĐAJ

5/7/2012 13

Lončić za žarenje od cirkonijuma

Lončić za žarenje od niobijuma

Lončić za žarenje od platine

Lončić za žarenje od alumine

UREĐAJ

5/7/2012 14

The Discovery TGA, 2010.

UREĐAJ

5/7/2012UREĐAJ

Gas 1 (N2) Gas 2 (Vazduh)

5/7/2012 16

Uzorak u obliku prahaili listića.Masa od 5-10 mg.

5/7/2012 PRIMER 17

Primer analize TG/DTA/DSC dijagrama

5/7/2012 18Ciklično zagrevanje litijum-titanata

HISTEREZIS

zavisi od prirode materijala i strukturnih promena koje se odigravaju. Očekuje se da transformacije koje uključuju raskidanje jakih veza ispoljavaju veći histerezis.

5/7/2012

Određivanje formule jedinjenja polazeći od TiO zagrevanjem uzorka u atmosferi kiseonika.

19

TG kriva porast mase

20.3%

TiO0,8-1,25

TiO1,19

5/7/2012 20

Fazna transformacija iz anatasa u rutil

5/7/2012 21

Anatas Rutil

Termijske metode se često koriste u sprezi sa drugim metodama zaidentifikaciju jedinjenja, kao što su:

Infracrvena spektroskopija; Rendgenska difrakcija; i CHN analiza.

5/7/2012 PRIMENA 22

5/7/2012 23

5/7/2012 24