Sfaturi și trucuri

Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Totul curge" - Analiza termică a lichidelor

În literatura de specialitate, se poate observa adesea că - pe lângă solide (probe compacte, pulberi etc.) și materiale foarte vâscoase (de exemplu, geluri sau paste) - pot fi măsurate și lichide cu vâscozitate redusă.

Scopul acestui articol este de a oferi câteva sfaturi cu privire la proprietățile materialelor care ar trebui luate în considerare pentru pregătirea probelor și la condițiile de măsurare recomandate pentru investigații. Accentul se pune în principal pe Calorimetria diferențială de scanare (DSC), analiza termogravimetrică (TGA) și tehnica laser flash (LFA).

Calorimetrie diferențială de scanare (DSC):

În DSC, contactul dintre probă și fundul creuzetului este esențial pentru intensitatea semnalului. Cu toate acestea, multe lichide prezintă ascensiune capilară la contactul cu peretele creuzetului; cu alte cuvinte, se formează o suprafață concavă, iar lichidul este ridicat la perete, datorită forțelor de aderență dintre lichid și solid, care sunt mai puternice decât forțele de aderență intermoleculară din lichidul în sine. Ca urmare, se întâmplă adesea ca pe fundul creuzetului să rămână doar o cantitate small de substanță.

Pentru a evita acest efect, este recomandabil (a se vedea figura 1) să se introducă doar o cantitate small de lichid prin intermediul unei injecții sau al unei pipete, astfel încât să fie acoperit doar fundul.

Fig 1. Nivelul de umplere pentru creuzetele DSC

Ca exemplu pentru testarea probelor lichide, figura 2 prezintă comportamentul termic al acetatului de butil, un solvent incolor cu formula elementară _C6H12O2. După răcirea lichidului până la -170°C, solidul care se formează rămâne inițial amorf, apoi cristalizează la -109°C (temperatura de vârf) și se topește din nou la -77°C (temperatura de debut extrapolată).

Fig. 2. Măsurarea DSC pe acetat de butil; creuzete de Al cu capac perforat, viteza de încălzire: 10 K/min, atmosferă de azot

Un alt factor care trebuie luat în considerare este presiunea de vapori a componentelor probei în funcție de temperatură. O presiune ridicată a vaporilor în creuzete deschise în timpul încălzirii duce la un început timpuriu al evaporării și la vârfuri EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice largi. Acest lucru poate determina suprapunerea altor efecte interesante - cum este cazul anumitor rășini lichide.

Pentru substanțele pure, entalpia molară de evaporare (și, de asemenea, căldura de evaporare în funcție de masa molară) poate fi determinată prin măsurători ale presiunii vaporilor, de exemplu, DSC la presiune ridicată (în conformitate cu ASTM E 1782).

În cazul creuzetelor de aluminiu închise ermetic, creșterea presiunii interne poate duce în cele din urmă la deformarea sau chiar spargerea creuzetului. Prin urmare, în funcție de intervalul de temperatură dorit și de obiectivul investigației, este uneori necesar să se utilizeze creuzete care sunt mai bine presurizate. În plus față de creuzetele de joasă presiune din aluminiu, sunt disponibile creuzete din oțel inoxidabil de presiune medium sau creuzete de înaltă presiune din oțel inoxidabil sau titan.

Analiza termogravimetrică (TGA):

Declanșarea timpurie a evaporării descrisă mai sus se manifestă printr-o schimbare de masă la o temperatură cu mult sub punctul de fierbere (fig. 3). Pe de altă parte, dacă se utilizează un capac cu o gaură extrem de mare small, evaporarea va fi întârziată până aproape de punctul de fierbere (a se vedea și figura 3). Pierderea de masă în sine este considerabil mai rapidă în acest caz; curba TGA corespunzătoare prezintă o pantă descendentă accentuată. Pentru acest tip de investigații, se pot utiliza capace de aluminiu cu o gaură de 50 μm.

În figura 3 sunt prezentate două măsurători pe apă: una într-un creuzet deschis (albastru), cealaltă într-un creuzet care are un capac cu o microgăură (roșu). Profilele celor două curbe diferă semnificativ între ele.

Fig. 3. Măsurarea TGA pe apă, creuzete de Al, rata de încălzire: 10 K/min, atmosferă N2

Analiza cu bliț laser (LFA):

Pentru determinarea difuzivității termice cu ajutorul LFA, se utilizează recipiente care garantează un strat uniform de grosime a probei. Acest lucru este necesar deoarece grosimea probei intră în formula de calcul în formă pătrată. Nou în acest sens este suportul pentru probe prezentat în figura 4, care se caracterizează printr-o manipulare foarte ușoară, o precizie de măsurare ridicată și o reproductibilitate ridicată. De jos în sus, recipientul pentru probe este format dintr-un inel de susținere, două discuri de etanșare din oțel inoxidabil, cu un inel intermediar din plastic pentru probe, prevăzut cu două orificii de alimentare pentru probe lichide, și o placă de acoperire superioară. Inelul din plastic și discurile din oțel inoxidabil pot fi schimbate la costuri reduse.

Fig. 4. Recipient LFA pentru probe lichide; discul de etanșare superior este vopsit în roșu-portocaliu. Cele două orificii small din mijloc simbolizează deschiderile de alimentare pentru probele lichide.

Suportul de probe este deosebit de potrivit pentru lichidele pe bază de apă, uleiuri sau rășini, dar și pentru materiale foarte vâscoase, cum ar fi grăsimile.

Figura 5 prezintă trei măsurători pe apă, efectuate cu diferite suporturi de probe de tipul celui prezentat în figura 4 în intervalul de temperatură de la RT la aproximativ 80/85°C. Evaluarea a fost efectuată pe fiecare folosind un model cu 3 straturi. Toate valorile rezultatelor testelor se încadrează în+/- 5% din datele din literatura de specialitate.

Fig. 5. Compararea a trei măsurători pe apă; simbolurile roșii reprezintă datele măsurate

Figura 6 prezintă semnalul detectorului corespunzător împreună cu un model adaptat la 60°C. Este clar că datele experimentale și cele adaptate sunt în bună concordanță.