소개
시차 주사 열량 측정법(DSC)은 상 변환 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 변환 엔탈피의 정량화도 가능합니다. 시료는 일반적으로 일정한 퍼지 가스 흐름에서 대기압 하에서 뚜껑이 뚫린 알루미늄 도가니에서 분석됩니다. 측정 셀이 오토클레이브(소위 압력 DSC)에 설치된 개조된 장비를 사용하면 5kPa에서 15MPa 사이의 압력 범위에서 추가적으로 측정할 수 있습니다[1]. 이 애플리케이션 노트에서는 이 압력 범위에서 액체의 증발 거동과 관련하여 액체를 분석합니다.
비등 온도에 도달하기 전 액체의 증발과 비등 중 액체와 기체 사이의 평형은 반응과 이후 평가에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 중요한 변수이기 때문에 이러한 측정을 위해 특수 도가니를 사용했습니다. 이 냉간 용접된 알루미늄 도가니는 직경 50μm의 구멍( small )이 뚫려 있어 좋은 경험을 쌓을 수 있었습니다.
앙투안 방정식은 순수한 물질의 포화 증기압과 온도의 관계를 설명합니다:
여기서 P는 압력(bar), T는 온도(K)이며 변수 A, B, C는 성분별 상수입니다. 그러나 이러한 상수는 물질의 끓는점 곡선의 전체 과정을 설명하는 데 사용할 수 없습니다. 따라서 삼중점부터 임계점까지의 범위에 대한 여러 파라미터 세트가 있습니다.
다음 표에는 사용된 문헌 데이터의 유효성 범위에 대해 조사된 액체인 물, 시클로헥산, 에틸아세테이트 및 이소프로판올이 요약되어 있습니다:
표 1: 앙투안 방정식 [3, 4, 5]의 온도 범위 및 계수 [3, 4, 5]
| 물질 | 온도 범위 [K] | 온도 범위 [°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 |
결과
물
대기압 이상의 압력 범위에 대한 증류수에 대한 결과는 그림 1(점선으로 표시된 압력)에 표시되어 있으며, 그림 2는 45mbar에서 236mbar 사이의 압력 범위를 나타냅니다. 그림 3은 [2](ASTM E782)의 문헌 데이터와 결정된 모든 측정값이 잘 일치함을 보여줍니다.
시클로헥산
20°C에서 300°C 사이의 온도 범위에서 시클로헥산에 대한 결과(그림 4)에는 비등과 용융이 모두 포함됩니다. 그 결과 그림 5에 표시된 위상 다이어그램의 세그먼트가 생성됩니다. 그림 6은 문헌 [3]과의 비교를 보여줍니다.
에틸 아세테이트
에틸 아세테이트의 결과는 그림 7과 8에 나와 있습니다. 그러나 [4]의 앙투안 방정식의 유효 범위가 15°C~75°C(288K~348K, 상호 온도 값 0.00347~0.00287에 해당) 사이로 제한되어 있으므로 문헌 값은 추정된 값입니다.
이소프로판올
그림 9와 10은 이소프로판올에 대한 측정 결과와 문헌 값[5]의 비교를 보여줍니다.
요약
측정 셀 내의 압력 변화 가능성과 결합된 시차 주사 열량 측정법(DSC)을 통해 상 변환의 압력 의존성을 조사할 수 있습니다. 조사 대상 물질인 물, 시클로헥산, 아세트산에틸, 이소프로판올의 액체-기체 전이에 대한 결과는 문헌과 매우 잘 일치합니다.