Sanasto
Lämpöstabiilisuus
Materiaali on lämpöstabiili, jos se ei hajoa lämpötilan vaikutuksesta. Yksi tapa määrittää aineen lämpöstabiilisuus on käyttää TGA-analysaattoria(termogravimetrinen analysaattori).
Standardissa ASTM E2550 materiaalin lämpöstabiilisuus kuvataan "lämpötilana, jossa materiaali alkaa hajota tai reagoida, sekä massanmuutoksen laajuutena, joka määritetään termogravimetriaakäyttäen". Siinä lisätään, että "reaktion tai hajoamisen puuttumista käytetään lämpöstabiilisuuden indikaattorina".
Esimerkki: Aspirin®:n lämpöstabiilisuuden määrittäminen
Kuvassa 1 esitetään asetyylisalisyylihapon (tunnetaan paremmin nimellä Aspirin®) TGA-käyrä kuumentamisen aikana 600 °C:seen typpi-ilmakehässä. Lisätietoja asetyylisalisyylihapon hajoamismekanismista saat klikkaamalla tästä.
TGA-käyrästä (yhtenäinen viiva) havaittiin kaksi massahäviövaihetta. Kukin näistä vaiheista arvioidaan määrittämällä:
- Ominaislämpötila, jossa massahäviö tapahtuu
- Vaiheen aikana tapahtuvan massanmuutoksen laajuus
Teoreettisesti massahäviöaskeleelle voidaan osoittaa kolme ominaislämpötilaa:
- DTG:n huippulämpötila (TGA-käyrän1. derivaatta, katkoviiva)
- Ekstrapoloitu alkamislämpötila standardin ISO 11358-1 mukaisesti. Tämä on "lähtömassan perusviivan ja TGA-käyrän tangentin leikkauspiste suurimman gradientin kohdalla"
- Alkamislämpötila ASTM E2550 -standardin mukaisesti. Tämä on "TGA-käyrän piste, jossa havaitaan ensimmäisen kerran poikkeama ennen lämpötapahtumaa määritetystä perusviivasta"
Esitetyssä esimerkissä ensimmäinen massahäviö tapahtuu seuraavissa ominaislämpötiloissa:
- 161 °C (DTG-käyrän huippu, kuva 1),
- 143 °C (TGA-käyrän ekstrapoloitu alkamislämpötila, kuva 1) tai
- 102 °C (ASTM E2550:n mukainen alkamislämpötila, kuva 2). Tätä kolmatta arvoa käytetään arvioitaessa testatun asetyylisalisyylihapponäytteen lämpöstabiilisuutta.
Huomaa, että menetelmä rajoittuu materiaaleihin, jotka reagoivat tai hajoavat tutkittavalla lämpötila-alueella; sitä ei voi käyttää sublimoitumiseen tai höyrystymiseen.
Mittausolosuhteita koskevat huomautukset:
Koska tuloksiin vaikuttavat näytteen massa, ilmakehä (kaasu ja virtausnopeus), lämmitysnopeus ja upokkaiden tyyppi, mittausolosuhteiden määrittäminen on erittäin tärkeää. Samasta syystä kahden näytteen tuloksia voidaan verrata keskenään vain, jos mittaukset on suoritettu samanlaisissa olosuhteissa.
Seuraavia mittausolosuhteita suositellaan:
- Näytteen massa: 1-10 mg, esimerkiksi 5 mg
- Lämmitysnopeus: 10-20 K/min (alhaisempi, kun kyseessä ovat energeettiset reaktiot: 1-10 K/min)
- Ilmakehän virtausnopeus: 20-100 ml/min
Esitetyssä esimerkissä lämpöstabiilisuus on annettu 102 °C:n lämpötilassa asetyylisalisyylihapon mittauksessa dynaamisessa typpi-ilmakehässä (kaasuvirtaus: 40 ml/min), joka tehtiin 5 mg:n näytteelle avoimessa alumiinioksidia sisältävässä upokkaassa ja lämmitysnopeudella 10 K/min.
