نصائح وحيل
Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Everything Flows" – Thermal Analysis on Liquids
في الأدبيات، غالبًا ما يمكن ملاحظة أنه - بالإضافة إلى المواد الصلبة (العينات المضغوطة، والمساحيق، وما إلى ذلك) والمواد عالية اللزوجة (على سبيل المثال، المواد الهلامية أو المعاجين) - يمكن أيضًا قياس السوائل منخفضة اللزوجة.
الغرض من هذه المقالة هو تقديم بعض النصائح حول خواص المواد التي يجب أخذها في الاعتبار عند تحضير العينات وظروف القياس الموصى بها لإجراء الفحوصات. وينصب التركيز الرئيسي على قياس المسح الحراري التفاضلي (DSC)، والتحليل الحراري الوزني (TGA) وتقنية الوميض بالليزر (LFA).
القياس الحراري بالمسح التفاضلي (DSC):
في DSC، يعد التلامس بين العينة وقاع البوتقة أمرًا حاسمًا لشدة الإشارة. ومع ذلك، فإن العديد من السوائل تُظهر صعودًا شعريًا عند ملامسة جدار البوتقة؛ أي يتشكل سطح مقعر، ويرتفع السائل عند الجدار، بسبب قوى الالتصاق بين السائل والمادة الصلبة التي تكون أقوى من قوى الالتصاق بين الجزيئات في السائل نفسه. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تبقى كمية صغيرة فقط من المادة في قاع البوتقة.
من أجل التحايل على هذا التأثير، يُنصح (انظر الشكل 1) بإدخال كمية صغيرة فقط من السائل عن طريق الحقن أو الماصة بحيث لا يتم تغطية سوى الجزء السفلي فقط.
وكمثال على اختبار عينة السائل، يوضح الشكل 2 السلوك الحراري لخلات البوتيل، وهو مذيب عديم اللون مع الصيغة العنصرية C6H12O2. بعد تبريد السائل إلى -170 درجة مئوية، تظل المادة الصلبة التي تتشكل في البداية غير متبلورة، ثم تتبلور عند -109 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة) وتنصهر مرة أخرى عند -77 درجة مئوية (درجة حرارة البداية المستنبطة).
هناك عامل آخر يجب أخذه في الاعتبار وهو ضغط بخار مكونات العينة كدالة لدرجة الحرارة. يؤدي ضغط البخار المرتفع في البوتقات المفتوحة أثناء التسخين إلى بداية مبكرة للتبخر وإلى قمم حرارية داخلية واسعة. قد يتسبب ذلك في تداخل تأثيرات أخرى مثيرة للاهتمام - كما هو الحال مع بعض الراتنجات السائلة.
بالنسبة للمواد النقية، يمكن تحديد إنثالبي التبخر المولي (وأيضًا حرارة التبخر مع مراعاة الكتلة المولية) عن طريق قياسات ضغط البخار، على سبيل المثال، DSC عالي الضغط (وفقًا للمواصفة ASTM E 1782).
مع بوتقات الألومنيوم المغلقة بإحكام، قد يؤدي تراكم الضغط الداخلي في نهاية المطاف إلى تشوه البوتقة أو حتى انفجارها. واعتمادًا على نطاق درجة الحرارة المطلوب والهدف من الفحص، يكون من الضروري في بعض الأحيان استخدام البوتقات ذات الضغط الأفضل. وبالإضافة إلى البوتقات منخفضة الضغط المصنوعة من الألومنيوم، تتوفر بوتقات من الفولاذ المقاوم للصدأ متوسط الضغط أو بوتقات من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الضغط أو بوتقات التيتانيوم.
تحليل الثيرموغرافيات الحرارية (TGA):
تتجلى البداية المبكرة للتبخر الموصوفة أعلاه كتغير في الكتلة عند درجة حرارة أقل بكثير من درجة الغليان (الشكل 3). من ناحية أخرى، إذا تم استخدام غطاء بفتحة صغيرة للغاية، فسيتأخر التبخر حتى درجة حرارة قريبة من نقطة الغليان (انظر أيضًا الشكل 3). يكون فقدان الكتلة نفسها أسرع بكثير في هذه الحالة؛ ويظهر منحنى TGA المقابل انحدارًا حادًا نحو الأسفل. بالنسبة لهذه الأنواع من الفحوصات، يمكن استخدام أغطية الألومنيوم ذات الفتحة 50 ميكرومتر.
يظهر في الشكل 3 قياسان على الماء: أحدهما في بوتقة مفتوحة (أزرق)، والآخر في بوتقة ذات غطاء بفتحة صغيرة (أحمر). يختلف ملفا المنحنيين عن بعضهما البعض بشكل كبير.
تحليل الوميض الليزري (LFA):
لتحديد الانتشار الحراري عن طريق LFA، يتم استخدام حاويات تضمن طبقة سمك العينة المتساوية. وهذا ضروري لأن سمك العينة يدخل في الصيغة الحسابية في شكل مربع. والجديد تمامًا في هذا الصدد هو حامل العينة الموضح في الشكل 4، والذي يتميز بسهولة التعامل معه ودقة قياس عالية وقابلية عالية للتكرار. من الأسفل إلى الأعلى، تتكون حاوية العينة من حلقة داعمة، وقرصين مانعين للتسرب من الفولاذ المقاوم للصدأ مع حلقة عينة بلاستيكية وسيطة تتميز بفتحتي تغذية للعينات السائلة، ولوحة غطاء علوية. يمكن استبدال الحلقة البلاستيكية وأقراص الفولاذ المقاوم للصدأ بتكلفة منخفضة.
يعتبر حامل العينة مناسبًا بشكل خاص للسوائل ذات الأساس المائي أو الزيوت أو الراتنجات، وكذلك للمواد عالية اللزوجة مثل الدهون.
يصور الشكل 5 ثلاثة قياسات على الماء، مأخوذة باستخدام حوامل عينات مختلفة من النوع الموضح في الشكل 4 في نطاق درجة الحرارة من RT إلى 80/85 درجة مئوية تقريبًا. تم إجراء التقييم على كل منها باستخدام نموذج من 3 طبقات. جميع قيم نتائج الاختبار في حدود +/- 5% من بيانات الأدبيات.
يوضح الشكل 6 إشارة الكاشف المناظرة مع ملاءمة النموذج عند درجة حرارة 60 درجة مئوية. من الواضح أن البيانات التجريبية والمعدلة متوافقة بشكل جيد.
