Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Vše plyne" - termická analýza kapalin

Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC):

Při DSC je pro intenzitu signálu rozhodující kontakt mezi vzorkem a dnem kelímku. Mnoho kapalin však při kontaktu se stěnou kelímku vykazuje kapilární vzestup, tj. vytváří se konkávní povrch a kapalina se u stěny zvedá v důsledku adhezních sil mezi kapalinou a pevnou látkou, které jsou silnější než mezimolekulární adhezní síly v samotné kapalině. V důsledku toho se často stává, že na dně kelímku zůstane pouze small množství látky.

Aby se tento efekt obešel, doporučuje se (viz obr. 1) vložit pouze small množství kapaliny pomocí injekce nebo pipety tak, aby bylo pokryto pouze dno.

Na obrázku 2 je jako příklad testování kapalných vzorků uvedeno tepelné chování butylacetátu, bezbarvého rozpouštědla s elementárním vzorcem _C6H12O2. Po ochlazení kapaliny na -170 °C zůstává vzniklá pevná látka nejprve amorfní, poté krystalizuje při -109 °C (teplota vrcholu) a opět taje při -77 °C (extrapolovaná teplota nástupu).

Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, je tlak par složek vzorku v závislosti na teplotě. Vysoký tlak par v otevřených kelímcích během zahřívání vede k brzkému nástupu odpařování a k širokým endotermním píkům. To může způsobit překrytí dalších zajímavých efektů - jako je tomu v případě některých kapalných pryskyřic.

U čistých látek lze molární entalpii vypařování (a také výparné teplo při zohlednění molární hmotnosti) stanovit pomocí měření tlaku par, např. vysokotlaké DSC (podle normy ASTM E 1782).

U hermeticky uzavřených hliníkových kelímků může nárůst vnitřního tlaku nakonec vést k deformaci nebo dokonce k prasknutí kelímku. V závislosti na požadovaném teplotním rozsahu a cíli zkoumání je proto někdy nutné použít kelímky, které jsou lépe natlakované. Kromě nízkotlakých kelímků z hliníku jsou k dispozici medium-tlakové kelímky z nerezové oceli nebo vysokotlaké kelímky z nerezové oceli či titanu.

Termogravimetrická analýza (TGA):

Výše popsaný časný nástup vypařování se projevuje jako změna hmotnosti při teplotě hluboko pod bodem varu (obr. 3). Naopak při použití víka s extrémně velkým otvorem small se odpařování zpozdí až do doby blízké bodu varu (viz také obr. 3). Samotný úbytek hmotnosti je v tomto případě podstatně rychlejší; odpovídající křivka TGA vykazuje prudce klesající sklon. Pro tento druh zkoumání lze použít hliníková víčka s otvorem o průměru 50 μm.

Na obrázku 3 jsou znázorněna dvě měření na vodě: jedno v otevřeném kelímku (modře), druhé v kelímku, který má víčko s mikrootvorem (červeně). Oba profily křivek se od sebe výrazně liší.

Laserová záblesková analýza (LFA):

Pro stanovení tepelné difuzivity pomocí LFA se používají nádoby, které zaručují rovnoměrnou tloušťku vrstvy vzorku. To je nezbytné, protože tloušťka vzorku vstupuje do výpočtového vzorce ve čtvercovém tvaru. Zcela nový je v tomto směru držák na vzorky, který je znázorněn na obrázku 4 a vyznačuje se velmi snadnou manipulací, vysokou přesností měření a vysokou reprodukovatelností. Odspodu nahoru se zásobník vzorků skládá z nosného kroužku, dvou těsnicích disků z nerezové oceli s mezikroužkem z plastu se dvěma přívodními otvory pro kapalné vzorky a horní krycí desky. Plastový kroužek a disky z nerezové oceli lze levně vyměnit.

Držák vzorků je vhodný zejména pro kapaliny na vodní bázi, oleje nebo pryskyřice, ale také pro vysoce viskózní materiály, jako jsou tuky.

Na obrázku 5 jsou znázorněna tři měření vody provedená s různými držáky vzorků typu uvedeného na obrázku 4 v teplotním rozsahu od RT do přibližně 80/85 °C. Vyhodnocení bylo provedeno na každém z nich pomocí třívrstvého modelu. Všechny hodnoty výsledků zkoušek jsou v rozmezí +/- 5 % literárních údajů.

Obrázek 6 ukazuje odpovídající signál detektoru spolu s modelovým přizpůsobením při 60 °C. Je zřejmé, že experimentální a upravené údaje jsou v dobré shodě.