BÀI BÁO CÁO-CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT

Trờng đại học bách khoa hà nội viện đào tạo và bồi dỡng sau đại học viện vật lý kỹ thuật. Báo cáo môn: Các phơng pháp phổ trong phân tích và đo lờng vật lý. Học viên : Vũ Đình Phớc. Lớp : Vật lý kỹ thuật. Khoá : 2006 2008. Thầy hớng dẫn : TS. Nguyễn Ngọc Trung. Đề tài: Các phơng pháp phân tích nhiệt. Nội dung báo cáo: I/ Phơng pháp phân tích nhiệt là gì? II/ Cơ sở vật lý của phơng pháp. III/ Phân tích nhiệt vi sai (DTA) IV/ Quét nhiệt vi sai (DSC). V/ Phân tích nhiệt trọng lợng (TGA). I/ Phơng Pháp phân tích nhiệt là gì? Phân tích nhiệt là phơng pháp phân tích mà trong đó, các tính chất vật lý, hoá học của mẫu, đo một cách liên tục nh là những hàm của nhiệt độ ( nhiệt độ đợc thay đổi có quy luật). Trên cơ sở lý thuyết về nhiệt động học, từ sự thay đổi các tính chất đó ta có thể xác định đợc các thông số yêu cầu của việc phân tích. Các tính chất đợc xác định nh: Nhiệt độ chuyển pha, khối lợng mất đi, biến đổi về kích thớc. Trong phần này ta đi tìm hiểu các phơng pháp chính sau: - Phân tích nhiệt vi sai (DTA). - Quét nhiệt vi sai (DSC). - Phân tích nhiệt trọng lợng (TGA). Dựa vào phơng pháp này ta có thể: Kiểm nghiệm sản phẩm, phân tích thành phần, II/ Cơ sở vật lý của phơng pháp. Kỹ thuật phân tích nhiệt dựa trên nguyên lý về nhiệt động học. Khi có độ chênh lệch về độ lớn, nhiệt độ sẽ chuyển từ nơi này sang nơi khác và khi đó làm cho các đại lợng vật lý khác nh năng lợng chuyển pha , độ nhớt, entropy, cũng thay đổi. *Mối quan hệ giữa nhiệt độ và nhiệt lợng: Trong đó C là nhiệt dung phụ thuộc vào bản chất khối vật liệu. * Entropy là một đại lợng gắn bó chặt chẽ với năng lợng và nhiệt độ của hệ trong các quá trình thay đổi trạng thái. * Vật chất thờng tồn tại ở ba trạng thái: Rắn, lỏng, khí. Trong đó hiện tợng chuyển pha là hiện tợng rất quan trọng. Q T mC III/ Phân tích nhiệt vi sai (DTA). 1/ Cơ sở và tính năng của phơng pháp. Phân tích nhiệt vi sai dựa trên việc thay đổi nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn và đợc xem nh là một hàm của nhiệt độ mẫu. Các tính chất của mẫu chuẩn là hoàn toàn xác định và yêu cầu mẫu chuẩn phải trơ về nhiệt độ. Với mẫu đo thì luôn xẩy ra một trong hai quá trình giải phóng và hấp thụ nhiệt khi ta tăng nhiệt độ của hệ, ứng với mỗi quá trình này sẽ có một trạng thái chuyển pha tơng ứng. * Phơng pháp này cho ta biết: - Phân biệt các nhiệt độ đặc trng. - Hành vi nóng chẩy và kết tinh của vật liệu. - Độ ổn định nhiệt. - . 2/ Thiết bị đo. Một hệ đo gồm: - Hai giá giữ mẫu bao gồm cặp nhiệt, bộ phận chứa mẫu. - 1 lò nhiệt. - 1 thiết bị điều khiển nhiệt độ. - 1 hệ ghi kết quả đo. Bộ khuếch đại Bộ điều khiển /phút /phút Bộ ghi. S R Hệ điều khiển nhiệt độ. 00 0,1 10CC 00 10 200CC a/ Lµ s¬ ®å cung cÊp nhiÖt cña thiÕt bÞ DTA. b/ Mét hÖ ®o cña h·ng Orton. Ta thấy diện tích phần bên trên hay phần bên dới của các đỉnh cho ta biết về năng lợng ứng với các quá trình xẩy ra trong mẫu. Khi dơng thì mẫu đang toả nhiệt và ngợc lại. Ta có: , A: diện tích đỉnh. K: độ dẫn của mẫu. g : thừa số hình dạng đỉnh. q: lợng entanpy thay đổi / 1 đơn vị khối lợng. Nh vậy xác định diện tích các đỉnh, ta đã xác định năng lợng xẩy ra quá trình tơng ứng, từ đó ta xác định đợc bản chất của quá trình và thời điểm xẩy ra quá trình đó trong khi phân tích. 3/ Hoạt động và phân tích kết quả. - Sự thay đổi nhiệt độ bên trong các mẫu đợc xác định bởi các cặp nhiệt, độ chênh lệch giữa các cặp nhiệt sinh ra một điện áp và sau đó ta khuếch đại điện áp này lên. * Dới đây ta có một đờng cong của hệ DTA. T mq A gK IV/ Quét nhiệt vi sai (DSC). 1/ Cơ sở và tính năng của phơng pháp. * DSC là phơng pháp phân tích mà ở đó độ chênh lệch về nhiệt độ giữa mẫu chuẩn và mẫu đo luôn bằng không. Trong quá trình chuyển pha của mẫu, năng lợng sẽ đợc bổ xung vào mẫu hay có thể mất đi từ mẫu, ta sẽ xác định năng lợng đó thông qua tính diện tích giới hạn bởi đồ thị mà ta thu đợc. * Phơng pháp DSC cho ta thông tin về sự chuyển pha của vật chất. 2/ Thiết bị. Khi xuất hiện sự chuyển pha trên mẫu, năng lợng sẽ đợc thêm vào hoặc mất đi trong mẫu đo hoặc mẫu chuẩn, để duy trì nhiệt độ ở mẫu đo và mẫu chuẩn bằng nhau. Năng lợng cân bằng này đợc ghi lại và cung cấp kết quả đo trực tiếp của năng lợng chuyển pha. Hình vẽ: (a): là sơ đồ cung cung cấp nhiệt của DSC loại thông lợng nhiệt. (b): là loại bổ chính công suất. Ta thấy loại thông lợng nhiệt có một lò nhiệt còn loại bổ chính công suất có hai lò nhiệt. Với hai lò nhiệt nh vậy ta có thể đo trực tiếp công suất của các lò từ đó suy ra độ chênh lệch về công suất, còn với một lò nhiệt thì ta lại dựa vào nhiệt độ. [...]... dữ liệu Trong phép phân tích DSC đờng cong thu đợc thờng thay đổi xung quanh trục nhiệt độ, và suất hiện các đỉnh thu nhiệt và toả nhiệt ứng với các quá trình chuyển pha của mẫu * Sau đây ta đi xem xét một ví dụ để xác định các điểm chuyển pha của polyme Tg : là nhiệt độ chuyển pha thuỷ tinh, lúc này nhiệt dung của mẫu tăng do vậy dòng nhiệt Tc tăng lên : Nhiệt độ kết tinh, khi nhiệt độ tăng các sợi... giữ mẫu gồm cặp nhiệt, bộ phận chứa mẫu - Lò nhiệt - Thiết bị điều khiển nhiệt độ - Hệ ghi kết quả đo + Sau đây là sơ đồ khối của DSC bổ chính công suất 3/ Hoạt động và phân tích kết quả đo Quá trình phân tích nhiệt thờng bị ảnh hởng bởi các yếu tố môi trờng, điều kiện thí nghiệm, khả năng chống ăn mòn của vật liệu, khả năng phản hồi của thiết bị ghi, Khi đặt mẫu vào vị trí lò, tăng dần nhiệt độ của... này mẫu giải Tm phóng năng lợng : Nhiệt độ tan của mẫu, lúc này tinh thể polyme tan ra, các sợi polyme chuyển động tự do, vì vậy chúng đã hấp thụ một nhiệt lợng V/ Phân tích nhiệt trọng lợng (TGA) 1/ Cơ sở và tính năng của phơng pháp * Phơng pháp này dựa trên cơ sở xác định khối lợng của mẫu vật chất bị mất đi (hay nhận vào) trong quá trình chuyển pha nh một hàm của nhiệt độ TGA cho ta xác định khối... TGA của hãng Orton (b) 3/ Hoạt động và phân tích kết quả Ban đầu, cân ở vị trí cân bằng Thiết bị điều khiển làm tăng nhiêt độ, trong quá trình đó các quá trình lý, hoá xẩy ra làm thay đổi khối lợng của mẫu, nhờ đó các sensor khối lợng chuyển tín hiệu về máy tính và chuyển đổi thành phần trăm khối lợng của vật liệu bị mất đi CaC VD: Mẫu phân tích TGA của 2O4 H 2O Bài trình bày của em đến đây là kết thúc... khối lợng Mẫu đợc cân liên tục và nung nóng đến nhiệt độ bay hơi, mẫu đợc đặt trên đĩa và gắn với bộ cân bằng ghi tự động, bộ cảm biến tự động chọn điểm cân bằng Bộ biến năng là các tế bào quang điện, khi vị trí cân bằng ban đầu đợc thiết lập, sự thay đổi khối lợng của mẫu sẽ đợc làm cân bằng Nhiệt độ của lò đợc thay đổi liên tục và điều khiển bởi cặp nhiệt Khối lợng thay đổi đợc đo so với tín hiệu... khối lợng chất bị mất đi trong quá trình chuyển pha Đờng phổ TGA đặc trng cho một hợp chất hoặc một hệ do thứ tự của các phản ứng hoá học xuất hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàm của cấu trúc phân tử Các đờng dữ liệu liên quan tới nhiệt động học và động năng của dạng phản ứng hoá học, cơ chế phản ứng, * Các thông tin ta nhận đợc dùng để xác định thành phần khối lợng các chất có mặt trong . Các phơng pháp phân tích nhiệt. Nội dung báo cáo: I/ Phơng pháp phân tích nhiệt là gì? II/ Cơ sở vật lý của phơng pháp. III/ Phân tích nhiệt vi sai (DTA) IV/ Quét nhiệt vi sai. (DTA) IV/ Quét nhiệt vi sai (DSC). V/ Phân tích nhiệt trọng lợng (TGA). I/ Phơng Pháp phân tích nhiệt là gì? Phân tích nhiệt là phơng pháp phân tích mà trong đó, các tính chất vật lý,. (DSC). - Phân tích nhiệt trọng lợng (TGA). Dựa vào phơng pháp này ta có thể: Kiểm nghiệm sản phẩm, phân tích thành phần, II/ Cơ sở vật lý của phơng pháp. Kỹ thuật phân tích nhiệt dựa trên