Термогравиметрический анализ

Термогравиметрия – метод термического анализа, в котором регистрируется изменение массы образца в зависимости от температуры, когда температура системы изменяется по заданному (обычно линейному) закону. Экспериментально получаемая кривая зависимости массы от температуры позволяет судить о термостабильности исследуемого вещества, о составе и термостабильности веществ, образующихся на промежуточных стадиях. Данный метод особенно эффективен, если при нагревании образец выделяет летучие вещества в результате различных физических и химических процессов, таких, например, как возгонка, испарение, сублимация, горение, десорбция, дегидратация, деаммонизация, и т.д.

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

Регистрация изменения массы может осуществляться поворотом коромысла весов, на котором жестко закреплено зеркальце. В этом случае незначительное изменение массы исследуемого вещества при нагреве приводит к механическому повороту коромысла, и отраженный от зеркальца световой луч вычерчивает на фотобумаге это изменение в виде ТГ-кривой. Для записи такой кривой могут применяться электромагнитные весы, в которых к коромыслу крепится постоянный магнит, помещенный в катушку. С изменением массы образца коромысло с магнитом смещается, что приводит к образованию в катушке ЭДС, которая усиливается и записывается самопишущим устройством в виде ТГ-кривой.

Однако интегральная ТГ-кривая не позволяет осуществить количественную оценку изменений массы исследуемого вещества в случае наличия перекрывающихся во времени или по температуре стадий различных процессов. Для разделения этих процессов и для получения точной количественной информации регистрируют также производную изменения массы по времени (ДТГ) dm/dt как функцию температуры или времени (рис. 6.3). Регистрация такой ДТГ-кривой осуществляется путем электромеханического или электронного дифференцирования сигнала ТГ-кривой.

Запись ДТГ-кривой совместно с ТГ и ДТА-кривыми позволяет получать больше информации. Обычно ДТГ-кривые более воспроизводимы, чем ДТА. По кривым ДТГ более точно определяются температуры начала и конца реакции, а по пику ДТГ-кривой – температура максимальной скорости реакции. Кроме того, ДТГ-кривая по максимумам пиков позволяет лучше различать перекрывающиеся стадии реакции, а площадь, заключенная 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», объединяющие в себе два прибора: установку для дифференциального термического анализа и термовесы. Дериватограф дает возможность из одной навески на одной диаграмме автоматически получать температурную и дифференциальную кривые нагревания и одновременно интегральную и дифференциальную кривые потери массы.

Исследуемое вещество помещается в тигель особой формы, в такой же тигель помещается эталон. Тигли размещаются в электропечи и устанавливаются на фарфоровые трубки-держатели, внутри которых находятся провода термопар, соединенные с усилителями сигналов для записи кривых Т и ДТА. Фарфоровая трубка, на которой установлен тигель с исследуемым веществом, закрепляется на одном конце коромысла весов. На другом конце коромысла закреплена нить, на которой подвешена электрокатушка, свободно двигающаяся между полюсами постоянного магнита. Поле магнита индуцирует в катушке ЭДС, пропорциональную отклонению весов, которая подается на усилитель для записи кривой ДТГ. Определенная форма катушки и магнита позволяет осуществлять электромеханическое дифференцирование перемещения коромысла весов. Запись кривых интегрального изменения массы осуществляется путем использования индукционного преобразователя, сигнал которого усиливается усилителем. Регистрация кривых осуществляется на 4-канальном самописце. Нагрев печи регулируется программным управлением со скоростями нагрева от 0,5 до 20 град./мин. Тигли для термического анализа изготавливают в основном из платины, Al₂O₃, SiO₂ и т.д.

Поиск по сайту: