Bevezetés
A differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) nemcsak a fázisátalakulási hőmérséklet meghatározását teszi lehetővé, hanem az átalakulási entalpiák számszerűsítését is. A mintákat általában lyukacsos fedelű alumíniumtégelyekben elemzik atmoszférikus nyomáson, állandó tisztítógáz-áramlás mellett. Módosított műszerekkel - ahol a mérőcellát egy autoklávban helyezik el (ún. nyomás-DSC) - ezen felül 5 kPa és 15 MPa közötti nyomástartományban is lehetségesek mérések [1]. Ebben az alkalmazási megjegyzésben folyadékokat elemezünk a párolgási viselkedésük szempontjából ebben a nyomástartományban.
Mivel a folyadékok párolgása a forráshőmérséklet elérése előtt, valamint a folyadék és a gáz közötti egyensúly a forrás során kritikus paraméterek, amelyek negatívan befolyásolhatják a reakciót és a későbbi kiértékelést, speciális tégelyeket alkalmaztunk ezekhez a mérésekhez. Jó tapasztalatokat szereztek ezzel a hidegen hegesztett alumíniumtégellyel, amelynek a small 50 μm átmérőjű, definiált lyuka van.
Az Antoine-egyenlet a tiszta anyag telítési gőznyomásának és a hőmérsékletnek a kapcsolatát írja le:
ahol P a nyomás barban, T a hőmérséklet K-ban, az A, B és C változók pedig komponensspecifikus állandók. Ezek azonban nem használhatók egy anyag forráspontgörbéjének teljes folyamatának leírására. Ezért a hármasponttól a kritikus pontig terjedő tartományra több paraméterkészlet létezik.
A következő táblázat a vizsgált folyadékok közül a vizet, a ciklohexánt, az etil-acetátot és az izopropanolt foglalja össze a felhasznált irodalmi adatok érvényességi tartományára:
1. táblázat: Hőmérséklet-tartomány és az Antoine-egyenlet együtthatói [3, 4, 5]
| Anyag | Hőmérséklet-tartomány [K] | Hőmérséklet-tartomány [°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 |
Eredmények
Víz
A desztillált vízre vonatkozó eredményeket a légköri nyomás feletti nyomástartományban az 1. ábra mutatja (a nyomást szaggatott vonalakkal jelölve); a 2. ábra a 45 mbar és 236 mbar közötti nyomástartományt ábrázolja. A 3. ábra a [2] irodalmi adatok (ASTM E782) jó egyezését mutatja az összes meghatározott mérési értékkel.
Ciklohexán
A ciklohexánra vonatkozó eredmények a -20°C és 300°C közötti hőmérséklet-tartományban (4. ábra) a forrás- és az olvadási hőmérsékletet egyaránt tartalmazzák. Ez a fázisdiagram 5. ábrán bemutatott szegmensét eredményezi. A 6. ábra az irodalommal [3] való összehasonlítást mutatja be.
Etil-acetát
Az etil-acetátra vonatkozó eredményeket a 7. és 8. ábra mutatja. Az irodalmi értékek azonban extrapolált értékek, mivel az Antoine-egyenlet érvényességi tartománya a [4]-ből [4] a 15°C és 75°C közötti intervallumra korlátozódik (288 K és 348 K között, ami megfelel a 0,00347 és 0,00287 közötti reciprok hőmérsékleti értékeknek).
Izopropanol
A 9. és 10. ábra az izopropanolra vonatkozó mérési eredményeket és az irodalmi értékekkel [5] való összehasonlítást mutatja.
Összefoglaló
A differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) - a mérőcellán belüli nyomásváltozások lehetőségével kombinálva - lehetővé teszi a fázisátalakulások nyomásfüggésének vizsgálatát. A vizsgált anyagok, víz, ciklohexán, etil-acetát és izopropanol folyadék-gáz átmenetére vonatkozó eredmények nagyon jó egyezést mutatnak az irodalommal.