PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU VÀ T HC NGHI Ệ 2.1 PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Ứ
2.3.1.1. Cs ph ơở ương pháp
Phương pháp phân tích nhiệt là phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật chất dựa vào các tính chất hóa học đặc trưng của vật liệu:
- Cấu trúc hóa học trong khối vật liệu; - Cấu trúc hóa học trên bề mặt;
2.3.1.2. Ngun lý
Khi đốt nóng mẫu thì thường trong mẫu sẽ xảy ra những biến đổi về khối lượng, thành phần, cấu trúc và có thể xảy ra một hay nhiều phản ứng hóa học giữa các thành phần, các nguyên tố trong mẫu ở một nhiệt độ nào đó. Khi những biến đổi đó xảy ra thường kèm theo các hiệu ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt. Tất cả những hiệu ứng trên được xác định và ghi trên các giản đồ. Kết quả ghi trên giản đồ nhiệt cùng các phương pháp phân tích, khảo sát khác sẽ giúp ta rút ra được những kết luận bổ ích về sự biến đổi của mẫu theo nhiệt độ đốt nóng chúng.
Trong phép phân tích nhiệt, người ta thường sử dụng hai phương pháp là phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA hoặc DSC và phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA.
Phương pháp phân tích nhiệt vi sai: khi đốt nóng một mẫu, việc xuất hiện các hiệu ứng nhiệt rất nhỏ sẽ khó hoặc khơng phát hiện được bằng các kĩ thuật đo thơng thường. Vì vậy, phải dùng phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA hoặc DSC. Phương pháp DTA và DSC sử dụng một cặp pin nhiệt điện và một nhiệt kế để đo sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vật khi đốt nóng chúng. DSC là phương pháp phân tích mà ở đó độ chênh lệch về nhiệt độ giữa mẫu chuẩn và mẫu đo ln bằng khơng. Trong q trình chuyển pha của mẫu, năng lượng sẽ được bổ sung vào mẫu hay mất đi từ mẫu, ta sẽ xác định năng lượng đó thơng qua tính diện tích tới hạn bởi đồ thị mà ta thu được. Phương pháp này cho ta thông tin về sự chuyển pha của vật chất. DTA không nhạy bằng DSC. Tuy nhiên, do DTA có ưu điểm là chi phí rẻ nên trước đây hay được sử dụng. Hiện nay sử dụng DTA để đo các mẫu có thể tích lớn. Phương pháp này cho ta biết sơ bộ về các hiệu ứng nhiệt xảy ra, định tính và sơ bộ về định lượng các hợp phần có trong mẫu mà chúng ta khảo sát.
Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Phương pháp này dựa vào sự thay đổi trọng lượng của mẫu cần nghiên cứu khi ta đem nung nóng mẫu đó. Khi mẫu được đốt nóng , trọng lượng của mẫu bị thay đổi là do mẫu bị phân hủy nhiệt tạo ra khí thốt ra như hơi nước, khí CO2 (phân hủy hợp phần cacbonat…), SO2 (phân hủy các hợp phần sunfua) hay do mẫu bị mất nước vật lý (ẩm – hấp thụ), nước cấu trúc (nước
hidrat – nước kết tinh trong tinh thể mẫu). Nếu cân liên tục một mẫu bị đốt nóng, ta có thể biết sự thay đổi về trọng lượng của mẫu ứng với sự thay đổi về nhiệt độ.
Kết hợp hai phương pháp DTA và TGA cho phép xác định sự biến thiên trọng lượng, hiệu ứng nhiệt tương ứng theo nhiệt độ đốt nóng. Đây là những thơng số cho phép ta xác định được lượng nước hydrat cũng như xác lập các phản ứng phân hủy nhiệt có thể có cũng như dự đốn các thành phần sau từng giai đoạn tăng nhiệt độ.