1. Cơ sở của phương pháp:
TGA là phương pháp dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu vật chất bị mất đi( hoặc nhận vào) trong quá trình chuyển pha như là một hàm của nhiệt độ.
25
Khi vật chất bị nung nóng khối lượng của chúng sẽ bị mất đi từ các quá trình đơn giản như bay hơi hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí. Một số vật liệu có thể nhận được khối lượng do chúng phản úng với không khí trong môi trương kiểm tra.
Phép đo TGA nhằm xác định:
Khối lượng bị mất trong quá trình chuyển pha.
Khôi lượng bị mất theo thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc phân ly.
Đường phổ TGA đặc trưng cho một hợp chất hoặc một hệ do thứ tự của các phản ứng hóa học xuất hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàm của cấu trúc phân tử.
Sự thay đổi của khối lượng là kết quả của quá trình đứt gãy hoặc sự hình thành vô số các liên kết vật lý và hóa học tại một nhiệt độ gia tăng dẫn đến sự bay hơi của các sản phẩm hoặc tạo thành các sản phẩm nặng hơn.
Nhiệt độ sử dụng bình thường khoảng 12000C. Môi trường sử dụng là môi trường khí trơ hoặc khí tích cực
2. Tính năng của phương pháp:
Các quá trình diễn ra trong phương pháp phân tích này thông thường là bay hơi, huỷ cấu trúc, phân huỷ cácbonat, oxihoá sulphua, oxihoá florua, tái dyrat hoá…Đó là các quá trình tạo lên những đứt gãy hoặc hình thành lên các liên kết vật lý, hoá học xảy ra trong mẫu chất.
Đây là phương pháp phân tích khối lượng nên những thông tin ta nhận được rất tốt cho việc xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trong một mẫu chất nào đó. Bên cạnh đó, ta xác định được thành phần độ ẩm, thành phần dung môi, chất phụ gia, của một loại vật liệu nào đó.
26
Hình 30: Sơ đồ cấu tạo của một thiết bị TGA(a) và một hệ TGA
Về cơ bản thì hệ đo TGA có cấu tạo tương tự đối với DTA, nhưng điểm khác nhau là thiết bị TGA có thêm phần cảm biến khối lượng.Cảm biến khối lượng dùng để xác định được khối lượng của mẫu đo cũng như mẫu thử trong quá trình phân tích. Bộ phận này là rất quan trọng, việc lựa chọn các loại cân cho phù hợp với từng loại mẫu cũng được xem xét đến, mỗi loại được lựa chọn dựa vào sự kết hợp của kích thước mẫu, khối lượng mà vật liệu bị mất hoặc nhận được…
Mẫu được cân liên tục và nung nóng tới nhiệt độ bay hơi, mẫu được đặt trong nồi hoặc đĩa nông và gắn với bộ phận cân bằng ghi tự động. Bộ cảm biến sẽ tự động chọn điểm cân bằng.
Nhiệt độ của lò được thay đổi liên tục và được điều khiển bởi cặp nhiệt. Tốc độ tăng nhiệt từ 5 đến 100
C / phút.
Kết quả đầu ra là tín hiệu điện W/ t. Khối lượng mẫu từ 1 đến 100 mg. Đô nhạy từ 1 đến vài g.
4. Hoạt động và phân tích kết quả:
Mẫu đo được đặt vào trong giá đỡ. Ban đầu, cân ở vị trí cân bằng ( tức là chỉ số 0). Nhiệt độ được tăng lên nhờ thiết bị điều khiển. Trong quá trình tăng nhiệt độ, các quá trình lý hoá xảy ra trong mẫu đo dẫn tới sự thay đổi khối lượng của nó, sự thay đổi này nhờ các cảm biến khối lượng chuyển tín hiệu về máy tính để lưu trữ và chuyển đổi thành phần trăm khối lượng của vật liệu bị mất đi.
Hình 31: Một đường cong TGA tiêu biểu Ví dụ: phân tích một mẫu, giả sử một loại hợp chất CaC2O4.H2O
27
Hình 32: Mẫu phân tích TGA của CaC2O4.H2O
Ban đầu, ở điều kiện nhiệt độ bình thường, ta thấy rằng, ở vị trí bắt đầu phân tích, nhiệt độ vào cỡ 60 độ C, khối lượng của mẫu là 100%. Khi tăng dần nhiệt độ lên thì các chất bay hơi dần, đến 1000
C thì hơi nước sẽ bay hơi, khối lượng của mẫu giảm đi một chút, khi nước bay hơi hết ta thu được CaC2O4. Tiếp đó ta lại tăng nhiệt độ đến gần 5000
C thì lượng CO cũng mất dần ta thu được CaCO3. Ở nhiệt độ 7500
C thì đá vôi phân huỷ thành CaO. Đường cong bên dưới chính là đạo hàm của lượng khối lượng còn lại của vật chất đối với nhiệt độ. Thông thường, khi nhìn vào đường cong đạo hàm ta sẽ thấy được những vị trí mà ở đó xẩy ra các qúa trình bay hơi, phân huỷ,… đã diễn ra trong quá trình phân tích.
Ví dụ: phép phân tích DTA và DTG trên mẫu Mn(PH2O2)2.H2O (S) 0
20 40 60 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
28
Thu nhiÖt
DTA: 200g mẫu Mn(PH2O2)2.H2O (S) Mất nước tại 1500
C, mất 1mol phosphine tại 3600C, mất nước chậm tại 8000C.
TGA tỏa nhiệt lớn 5900
C và 11800C. Mn(PH2O2)2.H2O (S) Mn(PH2O2)2(S) + H2O . Mn(PH2O2)(S) MnHPO4(S) + PH3 . MnHPO4(S) MnHPO4(S) . 2MnHPO4(S) Mn2P2O7(S) + H2O . Mn2P2O7 Mn2P2O7 .