19.05.2020 by Milena Riedl
تحديد امتصاص الماء وتحديد محتوى الرطوبة باستخدام التحليل الحراري الثيرموغرافي، وتحديد محتوى الرطوبة
الماء هو أحد الأجزاء الرئيسية التي تؤثر على مناخنا. غلافنا الجوي مليء بالماء. قد لا نتمكن دائمًا من رؤيته، ولكنه يتفاعل معنا ومع موادنا. تعرف على كيفية مساعدة التحليل الحراري في تحديد امتصاص الماء وتحديد محتوى الماء.
مع الدكتور مايكل شونيش، أخصائي التطبيقات
الماء هو أحد الأجزاء الرئيسية التي تؤثر على مناخنا. غلافنا الجوي مليء بالماء. قد لا نتمكن دائماً من رؤيته، لكنه يتفاعل معنا ومع موادنا.
يمكن ملاحظة أحد أشهر الأمثلة المعروفة للرطوبة في حياتنا اليومية عند إخراج زجاجة ماء من الثلاجة في يوم صيفي حار. فعلى الفور تقريبًا، تظهر قطرات الماء على سطح زجاجة الماء. قطرات الماء هذه هي نتيجة بخار الماء المتكثف من الغلاف الجوي.
نحن محاطون بالماء
لا تظهر الرطوبة في حياتنا اليومية فحسب، بل تؤثر أيضًا على المواد من خلال إحداث تفاعلات فيزيائية وكيميائية.
يمكن أن يكون التفاعل الفيزيائي هو امتصاص الماء، مما يؤدي إلى تمدد المواد. وإذا تفاعلت مادة أو مادة ما مع الماء، يتكون مركب جديد. وأبرز مثال على هذا التفاعل الكيميائي هو تآكل الفولاذ.
ونتيجة لذلك، ينتج عن تفاعل الماء مع المواد تغيرات في الخصائص (على سبيل المثال، انخفاض الثبات بسبب التآكل) و/أو تغيرات في المظهر أو التغيرات البصرية (على سبيل المثال، خطوط الرطوبة في أجزاء القولبة بالحقن).
التدريب العملي: قياسات TGA تحت الأجواء الرطبة
ما هو قياس الجاذبية الحرارية؟
التحليل الثيرموغرافي، وهو طريقة للتحليل الحراري يتم فيها قياس كتلة العينة بمرور الوقت مع تغير درجة الحرارة. ويوفر هذا القياس معلومات عن الظواهر الفيزيائية، مثل التحولات الطورية والامتصاص والامتصاص؛ وكذلك الظواهر الكيميائية بما في ذلك التحلل الحراري وتفاعلات الغاز الصلب (مثل الأكسدة أو الاختزال).
مثال من مجال البوليمرات
كان الهدف من التحليل التالي هو تحديد التغير الكتلي للمادة في جو رطب. ولذلك، تم تجهيز جهاز STA 449 F3 Jupiter®بمولد رطوبة ينتج مستوى رطوبة محدد عن طريق خلط تدفق الغاز الرطب والجاف.
أُجريت التجربة على عينة رقائق 250 ميكرومتر من البولي أميد 6 بوزن 108.28 مجم. وظلت درجة الحرارة ثابتة عند 40 درجة مئوية وتم إجراء خطوات رطوبة بنسبة 25% خلال برنامج درجة الحرارة (المنحنى الأزرق في الشكل 3).
في الشكل 3، يمثل المنحنى الأخضر التغير في الكتلة. في كل خطوة رطوبة، توجد استجابة من العينة مع زيادة كتلتها. تمتص العينة الماء ويزداد محتواها من الرطوبة مع زيادة محتوى الرطوبة في الغلاف الجوي المحيط بها.
وعلاوة على ذلك، فإن عملية الامتصاص تعتمد على الوقت. وهذا يعني أن هناك تأثيرات حركية يمكن تحليلها أيضًا. يمكن تحديد معامل انتشار المادة بمساعدة إعداد الرطوبة.
يوضح المثال أن TGA كطريقة قياسية مفيدة لتحديد التفاعلات الفيزيائية للمواد مع الرطوبة. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن تحديد القيمة الكمية لمحتوى امتصاص الماء.
تطبيق من مجال المواد غير العضوية
في هذا التطبيق، تم فحص الزيوليت باستخدام STA 449 F3 جوبيترتحت جو رطب. الزيوليت مادة امتصاص يمكن استخدامها لتنظيف تدفقات الغاز أو لامتصاص الماء في غرف ومناطق معينة.
ولاختبار أداء الزيوليت، تم إجراء دورتي امتصاص/امتصاص عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 20 درجة مئوية ورطوبة نسبية تبلغ 10٪.
أولًا، تحدث زيادة في الكتلة مع تطبيق جو رطب على العينة. تمتص المادة كمية معينة من الماء والتي بدورها تزيد من كتلتها. في تدفق الغاز الجاف، تطلق المادة الماء. تعمل الدورة الأولى كدورة اختبار لاختبار قدرة الامتصاص القصوى.
يمكن تكرار الدورات عدة مرات لاختبار ثبات دورة المادة. بعد التنشيط الأول، يكون إطلاق الماء أقل قليلاً، مما يعني أن المادة مستقرة نسبيًا في تطبيقها مع امتصاص الماء بنسبة 26% تقريبًا.
يوضح المثالان الخاصان بتحديد امتصاص الماء وتحديد المحتوى المائي أن تحليل قياس الثقل الحراري هو طريقة مناسبة لتحليل تأثيرات الرطوبة على مادة أو مادة ما.
في مقالات المدونة التالية، سيتم التركيز بشكل خاص على تأثير الماء على الخواص الميكانيكية وعلى تحديد امتداد المواد بسبب امتصاص الماء.