Πάντα ῥεῖ (Panta Rhei) "Allt flyter" - Termisk analys av vätskor

Differentiell skanningskalorimetri (DSC):

Vid DSC är kontakten mellan provet och degelns botten avgörande för signalintensiteten. Många vätskor uppvisar emellertid kapillär uppstigning vid kontakt med degelväggen, dvs. en konkav yta bildas och vätskan lyfts upp mot väggen på grund av att adhesionskrafterna mellan vätskan och det fasta ämnet är starkare än de intermolekylära adhesionskrafterna i själva vätskan. Som ett resultat av detta är det ofta så att endast en small mängd ämne finns kvar på degelns botten.

För att kringgå denna effekt är det lämpligt (se fig. 1) att bara föra in en small mängd vätska med hjälp av en injektion eller pipett så att endast botten täcks.

Som ett exempel på testning av vätskeprov visar figur 2 det termiska beteendet hos butylacetat, ett färglöst lösningsmedel med grundämnesformeln _C6H12O2. Efter kylning av vätskan till -170°C förblir det fasta ämnet som bildas först amorft, kristalliserar sedan vid -109°C (topptemperatur) och smälter igen vid -77°C (extrapolerad starttemperatur).

En annan faktor som måste tas i beaktande är provkomponenternas ångtryck som funktion av temperaturen. Ett högt ångtryck i öppna deglar under uppvärmning leder till en tidig start av avdunstningen och till breda endotermiska toppar. Detta kan leda till att andra intressanta effekter överlagras - vilket är fallet med vissa flytande hartser.

För rena ämnen kan den molära avdunstningsentalpin (och även avdunstningsvärmen med hänsyn tagen till den molära massan) bestämmas med hjälp av ångtrycksmätningar, t.ex. högtrycks-DSC (i enlighet med ASTM E 1782).

Med hermetiskt tillslutna aluminiumdeglar kan inre tryckuppbyggnad i slutändan leda till deformation eller till och med sprängning av degeln. Beroende på önskat temperaturintervall och undersökningens syfte är det därför ibland nödvändigt att använda deglar som är bättre trycksatta. Förutom lågtrycksdeglar av aluminium finns medium-trycksdeglar av rostfritt stål eller högtrycksdeglar av rostfritt stål eller titan.

Termogravimetrisk analys (TGA):

Den tidiga avdunstningen som beskrivs ovan visar sig som en massförändring vid en temperatur långt under kokpunkten (fig. 3). Om man å andra sidan använder ett lock med ett extremt small hål, kommer avdunstningen att fördröjas till nära kokpunkten (se även fig. 3). Själva massförlusten är betydligt snabbare i detta fall; motsvarande TGA-kurva uppvisar en kraftig nedåtgående lutning. För den här typen av undersökningar kan aluminiumlock med ett 50 μm stort hål användas.

I figur 3 visas två mätningar på vatten: en i en öppen degel (blå), den andra i en degel som har ett lock med ett mikrohål (röd). De två kurvprofilerna skiljer sig avsevärt från varandra.

Laserblixtanalys (LFA):

För bestämning av den termiska diffusiviteten med hjälp av LFA används behållare som garanterar en jämn provtjocklek. Detta är nödvändigt eftersom provets tjocklek går in i beräkningsformeln i kvadratisk form. Helt ny i detta avseende är den provhållare som visas i figur 4, som kännetecknas av mycket enkel hantering, hög mätnoggrannhet och hög reproducerbarhet. Provbehållaren består nedifrån och upp av en stödring, två tätningsskivor av rostfritt stål med en mellanliggande provring av plast med två inmatningsöppningar för vätskeprover samt en övre täckplatta. Plastringen och de rostfria stålskivorna kan bytas ut till en låg kostnad.

Provhållaren är särskilt väl lämpad för vattenbaserade vätskor, oljor eller hartser, men även för högviskösa material som t.ex. fetter.

Figur 5 visar tre mätningar på vatten, utförda med olika provhållare av den typ som visas i figur 4 i temperaturområdet från RT till ca 80/85°C. Utvärderingen gjordes på var och en med hjälp av en 3-skiktsmodell. Alla testresultat ligger inom +/- 5% av litteraturdata.

Figur 6 visar motsvarande detektorsignal tillsammans med en modellanpassning vid 60°C. Det är tydligt att de experimentella och anpassade data stämmer väl överens.