Дифференциальный термический анализ

Дифференциальный термический анализ по общему принципу и схеме анализа близок к ДСК с той лишь разницей, что аналитическим сигналом в этом методе является разность температур (DT), до которых нагреваются проба и образец сравнения в идентичных условиях нагрева, а не разность количеств теплоты, которые нужно затратить для разогрева образцов до одной и той же температуры, как в случае ДСК. Соответственно по схеме анализа пробу и образец сравнения в измерительных ячейках, снабженных средствами измерения температуры (термопарами или терморезисторами, а при температуре выше 1 300 К - оптическими пирометрами), помещают в термостат, обеспечивающий возможность параллельного разогрева обеих ячеек (рис. 6).

1 - измерительные ячейки; 2 - анализируемая проба; 3 - стандартный образец; 4 - средства измерения температуры, включенные по дифференциальной схеме; 5 - средство измерения температуры в термостате; 6 – термостат

Рис. 6. Схема дифференциального термического анализатора:

При этом средства измерения температуры по дифференциальной схеме позволяют сразу фиксировать разность температур в ячейках.

Термогравиметрия

В методе термогравиметрии аналитическим сигналом о химических превращениях, происходящих в анализируемом образце, является его масса как функция температуры.

Ступени на термогравиметрических кривых не всегда четко выражены, что затрудняет точное фиксирование температуры, при которой происходят термические превращения в образце. В таких случаях хороший эффект дает построение наряду с термогравиметрической (ТГ) кривой, дифференциальной термогравиметрической (ДТГ) кривой, представляющей собой первую производную кривой ТГ. В области наиболее резких изменений массы (перегибы на кривой ТГ) на кривой ДТГ наблюдаются четкие минимумы (рис. 7).

Рис. 7. Термогравиметрическая (ТГ) и соответствующая ей дифференциальная термогравиметрическая (ДТГ) кривые (1-3- соответствующие эндотермические пики)

Дериватография

Дериватография применительно к термическим методам основана на регистрации любых отклонений от плавного изменения параметров образцов, подвергаемых термическим воздействиям. При этом дериватография подразумевает одновременную регистрацию изменения как минимум двух параметров. Наиболее типичный случай - параллельная регистрация кривой ДТА и термогравиметрических кривых для одних и тех же образцов. Информативность совокупно получаемых данных существенно превосходит возможности каждого метода, взятого по отдельности. Совпадение экстремумов на кривых ДТА и ДТГ с точками перегиба на кривой ТГ гарантирует максимальную достоверность идентификации веществ, претерпевших химические превращения. Однако помимо повышения достоверности данных, получаемых одним из термических методов, дериватография дает и качественно новую информацию.

Для примера на рис. 8 представлен результат дериватографического исследования полипропиленового пластика, где четко фиксируются как температура плавления и температура разложения как самого полимера, так и неорганического наполнителя.

Рис. 8. Результаты синхронного термического анализа полипропиленового пластика

Вывод по второму вопросу:

В любом веществе при изменении температуры протекают различные процессы: физические (плавление, кристаллизация, испарение или кипение) и химические (разложение, термоокислительная деструкция, сшивка и т.п.). Все они могут сопровождаться выделением и поглощением тепла, изменением массы и других свойств. Фиксация колебаний свойств материала в зависимости от температуры составляет сущность различных методов термического анализа.