Johdanto
Differentiaalipyyhkäisykalorimetria (DSC) mahdollistaa paitsi faasimuunnoslämpötilojen määrittämisen myös muunnosentalpioiden kvantifioinnin. Näytteet analysoidaan yleensä alumiinisissa upokkaissa, joissa on lävistetty kansi, ilmakehän paineessa jatkuvassa puhdistuskaasuvirrassa. Muutetuilla laitteilla - joissa mittauskenno on asennettu autoklaaviin (ns. paine-DSC) - mittaukset ovat lisäksi mahdollisia 5 kPa:n ja 15 MPa:n välisellä painealueella [1]. Tässä sovellusohjeessa analysoidaan nesteiden haihtumiskäyttäytymistä tällä painealueella.
Koska nesteiden haihtuminen ennen kiehumislämpötilan saavuttamista ja nesteen ja kaasun välinen tasapaino kiehumisen aikana ovat kriittisiä parametreja, joilla voi olla kielteinen vaikutus reaktioon ja myöhempään arviointiin, mittauksissa käytettiin erityisiä upokkaita. Hyviä kokemuksia saatiin kylmähitsatuista alumiinisista upokkaista, joissa on small määritelty reikä, jonka halkaisija on 50 μm.
Antoinen yhtälö kuvaa puhtaan aineen kyllästymishöyrynpaineen ja lämpötilan välistä suhdetta:
jossa P on paine barina, T on lämpötila K:na ja muuttujat A, B ja C ovat komponenttikohtaisia vakioita. Näitä ei kuitenkaan voida käyttää kuvaamaan aineen kiehumispistekäyrän koko prosessia. Sen vuoksi on olemassa useita muuttujasarjoja kolmoispisteestä kriittiseen pisteeseen ulottuvalle alueelle.
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto tutkituista nesteistä vesi, sykloheksaani, etyyliasetaatti ja isopropanoli käytetyn kirjallisuustiedon pätevyysalueella:
Taulukko 1: Lämpötila-alue ja Antoinen yhtälön kertoimet [3, 4, 5]
| Aine | Lämpötila-alue [K] | Lämpötila-alue [°C] | A | B | C |
|---|---|---|---|---|---|
| H2O | 313 ... 385 | 40 ... 112 | 6.1680 | 1397.2 | -48.097 |
| C6H12 | 323 ... 523 | 50 ... 250 | 4.1398 | 1316.5 | -35.581 |
| C4H8O2 | 288 ... 348 | 15 ... 75 | 4.2280 | 1245.7 | -55.189 |
| C3H8O | 395 ... 508 | 122 ... 235 | 4.5779 | 1221.4 | -87.474 |
Tulokset
Vesi
Kuvassa 1 on esitetty destilloitua vettä koskevat tulokset ilmakehän paineen yläpuolisella painealueella (paine on esitetty katkoviivoilla); kuvassa 2 on esitetty painealue 45 mbar:n ja 236 mbar:n välillä. Kuvasta 3 käy ilmi, että kirjallisuustiedot [2] (ASTM E782) vastaavat hyvin kaikkia määritettyjä mittausarvoja.
Sykloheksaani
Sykloheksaania koskevat tulokset lämpötila-alueella -20°C-300°C (kuva 4) sisältävät sekä kiehumisen että sulamisen. Tämä johtaa faasidiagrammin segmenttiin, joka on esitetty kuvassa 5. Kuvassa 6 esitetään vertailu kirjallisuuteen [3].
Etyyliasetaatti
Etyyliasetaattia koskevat tulokset esitetään kuvissa 7 ja 8. Kirjallisuusarvot ovat kuitenkin ekstrapoloituja arvoja, koska Antoinen yhtälön [4] pätevyysalue rajoittuu 15 °C:n ja 75 °C:n välille (288 K-348 K, mikä vastaa lämpötilan käänteisarvoja 0,00347-0,00287).
Isopropanoli
Kuvissa 9 ja 10 esitetään mittaustulokset ja vertailu kirjallisuusarvoihin [5] isopropanolin osalta.
Yhteenveto
Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC) - yhdistettynä mahdollisuuteen muuttaa painetta mittauskennossa - mahdollistaa faasimuunnosten paineesta riippuvuuden tutkimisen. Tutkittujen aineiden, veden, sykloheksaanin, etyyliasetaatin ja isopropanolin, nesteen ja kaasumaisen faasimuutoksen tulokset ovat erittäin hyvässä sopusoinnussa kirjallisuuden kanssa.