Термогравиметрический анализ

Термогравиметрия метод термического анализа в котором регистрируется изменения массы образца в зависимости от температуры, когда температура системы изменяется по заданному ( линейному закону).

Экспериментально получаемая кривая зависимостей массы от температуры позволяет судить о термостабильности исследуемого вещества, о составе и термостабильности веществ образующихся на промежуточных стадиях. Метод особенно эффективен, если при нагревании образец выделяет летучие вещества в результате различных физических и химических процессов (испарение, горение и т.д.).

Нагреваем в программированном режиме в специальных термовесах органические и неорганические соединения до высоких температур. Можно графически записывать изменение массы изучаемого вещества в зависимости от температуры и времени в виде термогравиметрической кривой (ТГ). Такая ТГ кривая называется нормальной или интегральной показывает изменение массы изучаемого вещества от начала до конца нагрева.

Регистрация изменения массы может осуществляться поворотом коромысла весов, на котором жёстко закреплено зеркало. В этом случае незначительное изменение массы исследуемого вещества при нагреве приводит к повороту коромысла и отражённой от зеркала световой луч вычерчивает на фотобумаге это изменение в виде ТГ кривой.

Для записи ТГ кривой могут применяться электромагнитные весы, в которых к коромыслу крепится постоянный магнит, помещённый в капсулу. С изменением массы образца коромысло с магнитом смещается, что приводит к образованию в капсуле ЭДС, которое усиливается и записывается специальным устройством в виде ТГ кривой.

Для осуществления количественной оценки изменения массы исследуемого вещества строят дифференциальную ТГ кривую (ДТГ).

ДТГ кривые хорошо воспроизводимы, по ним точно определяется температура начала и конца реакции. По пику ДТГ кривой определяется максимум скорости реакции. Площадь, заключённая между пиком ДТГ кривой и нулевой линией точно соответствует изменению массы образца в результате протекания отдельной стадии процесса. Большое распространение получили термические установки для комплексного термического анализа под названием ДЕРИВАТОГРАФ, объединяющий 2 прибора:

1) установка для дифференциального термического анализа

2) термовесы

Дериватограф даёт возможность из одной навески на одной диаграмме автоматически получать температурную и дифференциальные кривые нагревания, интегральную и дифференциальную кривые потери массы.

Исследуемое вещество помещается в тигель особой формы. В такой же тигель помещается эталон. Тигели помещаются в электропечь и устанавливаются на фарфоровые трубки-держатели, внутри каждой находятся провода термопар, соединённые с усилителями сигналов для записи кривых. Фарфоровая трубка с тигелем закрепляется на одном конце коромысла весов, а на другом конце – нить с электропушкой свободно двигающаяся между полосами магнита. Поле магнита индуцирует это ЭДС пропорционально отклонению весов.

Качественный и количественный термический анализ

ДТА позволяет природу и число фаз в смесях природных материалов, руд, солей. Составляющие смесь компоненты обнаруживают по тепловым эффектам свойственному каждому индивидуальному веществу. Эффекты плавления и кипения зависят от наличия примесей и поэтому не могут служить для идентификации вещества в смеси. В случае совпадения температурных эффектов на термограммах смесей эти вещества могут быть идентифицированы по эффектам разложения полиморфных превращений, типичных для данных веществ. Если компоненты смесей образуют друг с другом химические соединения, то это приводит к смещению характера термограммы. Появления или исчезновения эффектов, присущего определённым веществам. Всё это может служить для качественного определения отдельных фаз и превращения в сложной системе.