5.3. Термогравіметричний аналіз (тг) та диференціальнотермогравіметричний аналіз (дтг) матеріалів

При нагріванні матеріалів може відбутись зміна їх маси. Метод неперервної реєстрації зміни маси речовини називається термогравіметричним аналізом (ТГ). При нагріванні досліджуваної речовини м

Рис. 5.6. Принципова схема установки для проведення ТГ

оже бути зменшення або збільшення її маси. В першому випадку це обумовлено виділенням з речовини газоподібних продуктів (СО₂, О₂, парів Н₂О), а в другому - поглинанням речовиною О₂ в процесі окислення, СО - в процесі рекарбонізації. На рис. 5.6 приведено схему установки для термогравіметричного аналізу втрати маси речовиною.

До складу установки належить електропіч 1 з програмним задавачем нагріву 2, в яку поміщено тигель з досліджуваним зразком 3 та термопару 4 з реєструючим температуру приладом 5. Тигель 6 підвішено до коромисла аналітичних терезів 7, за допомогою яких визначають зміну маси зразка 3 з нагріванням його. Використовуючи криві ТГ можна проводити стехіометричні обрахунки, які відбулись втрати речовини.

П

Рис. 5.7. Вигляд термограми з записом ТА, ДТА, ТГ і ДТГ

охідна кривої зміни маси ТГ називається диференціальною термогравіметрією (ДТГ), в більшості подібна на криву похідної зміни ентальпії (крива ДТА). Крива ДТГ реєструє зміну маси речовини в залежності від часу або температури, тобто виражає швидкість зміни маси (швидкість протікання реакції).

Сучасні прилади для термографічного аналізу дають можливість одночасно автоматично записувати всі чотири криві ТА, ДТА, ТГ і ДТГ в області температур від -190°С до +3000°С з швидкістю нагріву від 0,1 до 300 С/хв, а їх вигляд приведено на рис. 5.7.

5.4. Ідентифікація олігомерів та полімерів як приклад застосування термографії

Д

Рис. 5.8. Схематична крива ДТА типового полімеру

1 - склування, 2 - кристалізація, 3 - плавлення, 4 – окислення, 5 - окислення не відбувається, 6 - розкладання

осліджуючи полімери, визначають температуру склування, плавлення, розкладання, степінь кристалізації, теплоту плавлення або кристалізації тощо. На рис. 5.8 показано, як різні термічні процеси фіксуються на кривій ДТА.

На рис. 5.9 приведена крива ДТА суміші семи полімерів: поліетилену високого тиску, поліетилену низького тиску, поліпропілену, поліок

Рис. 5.9. Крива ДТА суміші семи полімерів

симетилену, нейлону 6, нейлону 66 і політетрафторетилену.

Кожен компонент має свою температуру плавлення, яка зображена у вигляді ендотермічного піку відповідно при 108, 127, 165, 174, 220, 257 і 340 °С. Політетрафторетилен має також низькотемпературний фазовий перехід при 20°С. При ідентифікації цієї суміші було використано зразок масою всього 8 мг, що підтверджує унікальні можливості цього методу.

Найкраще ідентифікацію досліджуваних речовин проводити шляхом порівняння їх термограм з еталонними, одержаними в однакових умовах, а також користуватись довідковою літературою, атласами, науковими працями тощо.

5.5. Питання самоконтролю

1. Суть термографії. Які процеси відносяться до фізичних, а які до хімічних при дослідженні речовин термічним методом.

2. Простий термічний аналіз (ТА). Схема установки. Вигляд результатів досліджень.

3. Диференціальний термічний аналіз (ДТА). Схема установки. Вигляд результатів досліджень.

4. Чим зумовлене протікання ендотермічних та екзотермічних ефектів у досліджуваній речовині?

5. Як визначають положення термічного ефекту на термограмі та чим зумовлена форма піків?

6. Термогравіметричний аналіз (ТГ). Схема установки. Вигляд результатів досліджень.

7. Диференціальний термогравіметричний аналіз (ДТГ). Вигляд результатів досліджень.

8. Застосування термічного аналізу на прикладі ідентифікації олігомерів та полімерів.