Úvod
Při zahřívání kapalin v termobalanční soustavě se s rostoucí rychlostí zahřívání zvyšuje i tlak par kapaliny. Rychlost vypařování - rychlost, při které se kapalina mění na plynnou fázi - se zvyšuje s rostoucí teplotou. Stejnou měrou se zvyšuje i rychlost úbytku hmotnosti, která umožňuje sledovat vypařování v termováze. Termováhu lze provozovat za normálního tlaku v proudu proplachovacího plynu, který vyplachuje tvořící se plyny z komory vzorku.
Kapalina vře, když tlak par kapaliny odpovídá tlaku okolí. Za normálního tlaku (1013 mbar) voda vře při teplotě 100 °C, protože tlak par rovněž dosahuje 1013 mbar. Pokud se změní okolní tlak, změní se i teplota varu. Na obrázku 1 je tato závislost znázorněna pro vodu v rozsahu teplot mezi pokojovou teplotou a 110 °C [1].
Jak je zřetelně vidět na obrázku 1, voda vře již při 50 °C, pokud se tlak okolí 1013 mbar sníží na 123 mbar. Tato korelace se používá v aplikacích, jako je vakuové sušení, kdy je sušený materiál vystaven tlaku pod okolní teplotou a kapaliny (obvykle voda) se pak mohou při nízkých teplotách šetrně odpařovat. Tato technika se obzvláště často používá v potravinářství.
Podobná korelace jako u popsaného snížení bodu varu kapalin - i když v poněkud slabší podobě - existuje také u sublimace a rozkladu pevných látek.
Podmínky měření
| Ukázka | SEBS | SEBS |
|---|---|---|
| Hmotnost | 8.635 mg | 10.130 mg |
| Kelímek | Al2O3 | Al2O3 |
| Atmosféra | Dusík | Vakuum |
| Průtok plynu | 40 ml/min | 0 ml/min |
| Rychlost ohřevu | 5 K/min | 5 K/min |
Termogravimetrické zkoumání za sníženého tlaku
Stejně jako v případě varu jsou i další reakce, při nichž se uvolňují plynné látky, závislé na okolním tlaku. Teplotní rozsahy rozkladných reakcí se s klesajícím okolním tlakem rovněž posouvají k nižším hodnotám. Tento teplotní posun se liší v závislosti na procesu nebo látce. To zase znamená, že použití podtlakové atmosféry může v různé míře ovlivnit uvolňování plynných produktů rozkladu u různých reakcí. Tento postup může být zvláště výhodný, pokud se procesy tepelného rozkladu překrývají, tj. pokud probíhají ve velmi těsné časové blízkosti. Snížení okolního tlaku pak může vést k lepšímu oddělení překrývajících se dějů.
Obrázek 2 ukazuje srovnání dvou měření termoplastického elastomeru. Plné čáry znázorňují relativní změnu hmotnosti v závislosti na teplotě. Zelená křivka znázorňuje výsledky měření za normálního tlaku při rychlosti proplachování plynem 40 ml/min v dusíku. Jsou patrné dva kroky úbytku hmotnosti, které se překrývají i při nízké rychlosti ohřevu 5 K/min. Kvantifikace těchto kroků je v tomto případě obtížná. Pokud se toto zkoumání provede ve vakuu - při stejné rychlosti ohřevu 5 K/min (modrá křivka) - jsou všechny uvolňovací teploty posunuty k nižším hodnotám než při měření za normálního tlaku. Konce reakce je dosaženo při 480 °C za normálního tlaku, ale ve vakuu je reakce ukončena již při 440 °C. Tečkované křivky (DTG) ukazují první derivaci pro každou z relativních změn hmotnosti (TG). Výsledky DTG udávají rychlost úbytku hmotnosti, a jsou tedy měřítkem rychlosti reakce. Teploty maximálních rychlostí hmotnostních ztrát (DTG maxima) potvrzují, že obě dílčí reakce jsou při probíhání ve vakuu posunuty k nižším teplotám. Jelikož je však první dílčí reakce (348 °C až 212 °C) posunuta na podstatně nižší teploty než druhá (427 °C až 407 °C), jsou obě dílčí reakce lépe odděleny. Kvantifikace obou kroků ztráty hmotnosti je tak značně usnadněna.
