Tippek és trükkök
Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Minden folyik" - Termikus analízis folyadékokon
A szakirodalomban gyakran látható, hogy - a szilárd anyagok (kompakt minták, porok stb.) és a nagy viszkozitású anyagok (pl. gélek vagy paszták) mellett - alacsony viszkozitású folyadékok is mérhetők.
E cikk célja, hogy tanácsot adjon arra vonatkozóan, hogy milyen anyagtulajdonságokat kell figyelembe venni a minta előkészítésénél, és milyen mérési körülmények javasoltak a vizsgálatokhoz. A fő hangsúly a differenciál pásztázó kalorimetrián (DSC), a termogravimetriás analízisen (TGA) és a lézeres villámtechnikán (LFA) van.
Differenciál pásztázó kalorimetria (DSC):
A DSC-ben a minta és a tégely alja közötti érintkezés döntő fontosságú a jelintenzitás szempontjából. Sok folyadék azonban a tégely falával való érintkezéskor kapilláris felemelkedést mutat; azaz homorú felület alakul ki, és a folyadék a falnál megemelkedik, a folyadék és a szilárd anyag közötti tapadási erők miatt, amelyek erősebbek, mint a folyadékban lévő intermolekuláris tapadási erők. Ennek eredményeképpen gyakran előfordul, hogy a tégely alján csak small mennyiségű anyag marad.
Ennek a hatásnak a kiküszöbölése érdekében célszerű (lásd az 1. ábrát), ha injektorral vagy pipettával csak small mennyiségű folyadékot juttatunk be úgy, hogy csak az alját fedje be.
A folyékony minták vizsgálatára példaként a 2. ábra a C6H12O2 elemi képletű, színtelen oldószer, a butil-acetát termikus viselkedését mutatja. A folyadék -170°C-ra történő lehűtése után a keletkező szilárd anyag kezdetben amorf marad, majd -109°C-on (csúcshőmérséklet) kristályosodik, és -77°C-on (extrapolált kezdeti hőmérséklet) ismét megolvad.
Egy másik tényező, amelyet figyelembe kell venni, a minta összetevőinek gőznyomása a hőmérséklet függvényében. A magas gőznyomás a nyitott tégelyekben a fűtés során a párolgás korai megindulásához és széles EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus csúcsokhoz vezet. Ez más érdekes hatások átfedését okozhatja - mint ahogyan ez egyes folyékony gyanták esetében is történik.
Tiszta anyagok esetében a moláris párolgási entalpia (és a párolgás hője is a moláris tömeg figyelembevételével) meghatározható gőznyomásmérésekkel, pl. nagynyomású DSC-vel (az ASTM E 1782 szabvány szerint).
A hermetikusan lezárt alumíniumtégelyek esetében a belső nyomásnövekedés végül a tégely deformációját vagy akár felszakadását is eredményezheti. A kívánt hőmérséklettartománytól és a vizsgálat céljától függően ezért néha jobb nyomás alatt álló tégelyek használata szükséges. Az alumíniumból készült alacsony nyomású tégelyek mellett a medium-nyomású rozsdamentes acél tégelyek, illetve a nagynyomású rozsdamentes acél vagy titán tégelyek is rendelkezésre állnak.
Termogravimetriás elemzés (TGA):
A párolgás fent leírt korai megindulása a forráspontnál jóval alacsonyabb hőmérsékleten bekövetkező tömegváltozásként jelentkezik (3. ábra). Másrészt, ha egy rendkívül nagy small lyukkal rendelkező fedelet alkalmazunk, a párolgás a forráspont közelébe késik (lásd a 3. ábrát is). Maga a tömegveszteség ebben az esetben lényegesen gyorsabb; a megfelelő TGA-görbe meredeken lejt lefelé. Az ilyen jellegű vizsgálatokhoz 50 μm-es lyukkal rendelkező alumíniumfedelek alkalmazhatók.
A 3. ábrán két mérés látható vízzel kapcsolatban: az egyik egy nyitott tégelyben (kék), a másik egy mikrolyukkal ellátott tégelyben (piros). A két görbe profilja jelentősen eltér egymástól.
Lézeres villanáselemzés (LFA):
A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség LFA segítségével történő meghatározásához olyan tartályokat használnak, amelyek egyenletes mintavastagságú réteget biztosítanak. Erre azért van szükség, mert a minta vastagsága négyzet alakban kerül a számítási képletbe. Ebben a tekintetben vadonatúj a 4. ábrán látható mintatartó, amely nagyon könnyű kezelhetőséggel, nagy mérési pontossággal és nagy reprodukálhatósággal rendelkezik. A mintatartó alulról felfelé haladva egy tartógyűrűből, két rozsdamentes acélból készült tömítőtárcsából, egy közbenső műanyag mintagyűrűből, amely két, a folyékony minták számára szolgáló betöltőnyílással rendelkezik, valamint egy felső fedőlapból áll. A műanyag gyűrű és a rozsdamentes acél tárcsák alacsony költséggel cserélhetők.
A mintatartó különösen alkalmas vízalapú folyadékok, olajok vagy gyanták, de nagy viszkozitású anyagok, például zsírok esetében is.
Az 5. ábra három mérést mutat be vízzel kapcsolatban, amelyeket a 4. ábrán látható típusú mintatartókkal végeztek a hőmérséklet-tartományban, RT-től kb. 80/85°C-ig. Az értékelést mindegyiknél egy 3 rétegű modell segítségével végeztük el. Valamennyi vizsgálati eredmény értéke az irodalmi adatokhoz képest +/- 5%-on belül van.
A 6. ábra a megfelelő detektorjelet mutatja a 60 °C-os modellillesztéssel együtt. Látható, hogy a kísérleti és az adaptált adatok jó összhangban vannak.
