Съвети и трикове
Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Всичко тече" - термичен анализ на течности
В литературата често може да се види, че освен твърди тела (компактни проби, прахове и др.) и високовискозни материали (напр. гелове или пасти) могат да се измерват и течности с нисък вискозитет.
Целта на тази статия е да даде някои съвети за това кои свойства на материала трябва да се вземат предвид при подготовката на пробите и кои условия на измерване се препоръчват за изследванията. Основно внимание е отделено на диференциалната сканираща калориметрия (DSC), термогравиметричния анализ (TGA) и лазерната светкавица (LFA).
Диференциална сканираща калориметрия (DSC):
При DSC контактът между пробата и дъното на тигела е от решаващо значение за интензивността на сигнала. При много течности обаче се наблюдава капилярно издигане при контакт със стената на тигела, т.е. образува се вдлъбната повърхност и течността се издига към стената поради адхезионните сили между течността и твърдото тяло, които са по-силни от междумолекулните адхезионни сили в самата течност. В резултат на това често се случва на дъното на тигела да остане само small количество вещество.
За да се заобиколи този ефект, е препоръчително (вж. фиг. 1) да се вкара само small количество течност с помощта на инжекция или пипета, така че да се покрие само дъното.
Като пример за изпитване на течна проба на фигура 2 е показано термичното поведение на бутилацетат - безцветен разтворител с елементарна формула C6H12O2. След охлаждане на течността до -170°C образуваното твърдо вещество първоначално остава аморфно, след това кристализира при -109°C (пикова температура) и се топи отново при -77°C (екстраполирана температура на настъпване).
Друг фактор, който трябва да се вземе под внимание, е налягането на парите на компонентите на пробата като функция на температурата. Високото налягане на парите в отворени тигли по време на нагряване води до ранно начало на изпарението и до широки ендотермични пикове. Това може да доведе до наслагване на други интересни ефекти - както е в случая с някои течни смоли.
За чисти вещества моларната изпарителна енталпия (а също и топлината на изпарение при отчитане на моларната маса) може да се определи чрез измервания на налягането на парите, например чрез DSC при високо налягане (в съответствие с ASTM E 1782).
При херметически затворените алуминиеви тигли нарастването на вътрешното налягане може да доведе до деформация или дори до спукване на тигела. Затова в зависимост от желания температурен диапазон и целта на изследването понякога е необходимо да се използват тигли, които са с по-добро налягане. В допълнение към тигелите с ниско налягане, изработени от алуминий, се предлагат тигели от неръждаема стомана под налягане medium или тигели от неръждаема стомана или титан под високо налягане.
Термогравиметричен анализ (TGA):
Ранното начало на изпарението, описано по-горе, се проявява като промяна на масата при температура далеч под точката на кипене (фиг. 3). От друга страна, ако се използва капак с изключително голям отвор small, изпарението ще се забави до температура, близка до точката на кипене (вж. също фиг. 3). Самата загуба на маса е значително по-бърза в този случай; съответната TGA крива показва рязък низходящ наклон. За този вид изследвания могат да се използват алуминиеви капаци с отвор от 50 μm.
На фигура 3 са показани две измервания на вода: едното е в отворен тигел (синьо), а другото - в тигел, който има капак с микроотвор (червено). Двата профила на кривите се различават значително един от друг.
Лазерен светкавичен анализ (LFA):
За определяне на топлинната дифузия чрез LFA се използват контейнери, които гарантират равномерна дебелина на слоя на пробата. Това е необходимо, тъй като дебелината на образеца се включва в изчислителната формула в квадратна форма. Съвсем нов в това отношение е показаният на фигура 4 държач за проби, който се отличава с много лесно боравене, висока точност на измерване и висока възпроизводимост. Отдолу нагоре контейнерът за проби се състои от опорен пръстен, два уплътнителни диска от неръждаема стомана с междинен пластмасов пръстен за проби, снабден с два отвора за подаване на течни проби, и горна покриваща плоча. Пластмасовият пръстен и дисковете от неръждаема стомана могат да се сменят на ниска цена.
Държачът за проби е особено подходящ за течности на водна основа, масла или смоли, но също и за силно вискозни материали, като например мазнини.
На фигура 5 са показани три измервания на вода, направени с различни държачи за проби от типа, показан на фигура 4, в температурния диапазон от RT до приблизително 80/85 °C. Оценката е направена за всяко от тях, като е използван трислоен модел. Всички стойности на резултатите от изпитването са в рамките на +/- 5 % от литературните данни.
На фигура 6 е показан съответният детекторен сигнал заедно с модел на напасване при 60°C. Ясно е, че експерименталните и адаптираните данни са в добро съответствие.
