Tài liệu Bài báo cáo-các phương pháp phân tích nhiệt

  • Số trang: 19 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 46 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi viÖn ®µo t¹o vµ båi dìng sau ®¹i häc viÖn vËt lý kü thuËt. B¸o c¸o m«n: C¸c ph¬ng ph¸p phæ trong ph©n tÝch vµ ®o lêng vËt lý. Häc viªn : Vò §×nh Phíc. Líp : VËt lý kü thuËt. Kho¸ : 2006 – 2008. ThÇy híng dÉn : TS. NguyÔn Ngäc Trung. §Ò tµi: C¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt. Néi dung b¸o c¸o: I/ Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt lµ g×? II/ C¬ së vËt lý cña ph¬ng ph¸p. III/ Ph©n tÝch nhiÖt vi sai (DTA) IV/ QuÐt nhiÖt vi sai (DSC). V/ Ph©n tÝch nhiÖt träng lîng (TGA). I/ Ph¬ng Ph¸p ph©n tÝch nhiÖt lµ g×? Ph©n tÝch nhiÖt lµ ph¬ng ph¸p ph©n tÝch mµ trong ®ã, c¸c tÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc cña mÉu, ®o mét c¸ch liªn tôc nh lµ nh÷ng hµm cña nhiÖt ®é ( nhiÖt ®é ®îc thay ®æi cã quy luËt). Trªn c¬ së lý thuyÕt vÒ nhiÖt ®éng häc, tõ sù thay ®æi c¸c tÝnh chÊt ®ã ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc c¸c th«ng sè yªu cÇu cña viÖc ph©n tÝch. C¸c tÝnh chÊt ®îc x¸c ®Þnh nh: NhiÖt ®é chuyÓn pha, khèi lîng mÊt ®i, biÕn ®æi vÒ kÝch thíc. Trong phÇn nµy ta ®i t×m hiÓu c¸c ph¬ng ph¸p chÝnh sau: - Ph©n tÝch nhiÖt vi sai (DTA). - QuÐt nhiÖt vi sai (DSC). - Ph©n tÝch nhiÖt träng lîng (TGA). Dùa vµo ph¬ng ph¸p nµy ta cã thÓ: KiÓm nghiÖm s¶n phÈm, ph©n tÝch thµnh phÇn,… Kü thuËt ph©n tÝch nhiÖt dùa trªn nguyªn lý vÒ nhiÖt ®éng häc. Khi cã ®é chªnh lÖch vÒ ®é lín, nhiÖt ®é sÏ chuyÓn tõ n¬i nµy sang n¬i kh¸c vµ khi ®ã lµm cho c¸c ®¹i lîng vËt lý kh¸c nh n¨ng lîng chuyÓn pha , ®é nhít, entropy, … còng thay ®æi. *Mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ nhiÖt lîng: Q Trong ®ã C lµ nhiÖt dung phô thuéc vµo b¶n T chÊt khèi vËt mC liÖu. * Entropy lµ mét ®¹i lîng g¾n bã chÆt chÏ víi n¨ng lîng vµ nhiÖt ®é cña hÖ trong c¸c qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng th¸i. * VËt chÊt thêng tån t¹i ë ba tr¹ng th¸i: R¾n, láng, khÝ. Trong ®ã hiÖn tîng chuyÓn pha lµ hiÖn tîng rÊt quan träng. III/ Ph©n tÝch nhiÖt vi sai (DTA). 1/ C¬ së vµ tÝnh n¨ng cña ph¬ng ph¸p. Ph©n tÝch nhiÖt vi sai dùa trªn viÖc thay ®æi nhiÖt ®é cña mÉu ®o vµ mÉu chuÈn vµ ®îc xem nh lµ mét hµm cña nhiÖt ®é mÉu. C¸c tÝnh chÊt cña mÉu chuÈn lµ hoµn toµn x¸c ®Þnh vµ yªu cÇu mÉu chuÈn ph¶i tr¬ vÒ nhiÖt ®é. Víi mÉu ®o th× lu«n xÈy ra mét trong hai qu¸ tr×nh gi¶i phãng vµ hÊp thô nhiÖt khi ta t¨ng nhiÖt ®é cña hÖ, øng víi mçi qu¸ tr×nh nµy sÏ cã mét tr¹ng th¸i chuyÓn pha t¬ng øng. * Ph¬ng ph¸p nµy cho ta biÕt: - Ph©n biÖt c¸c nhiÖt ®é ®Æc trng. - Hµnh vi nãng chÈy vµ kÕt tinh cña vËt liÖu. - §é æn ®Þnh nhiÖt. - …. 2/ ThiÕt bÞ ®o. Mét hÖ ®o gåm: - Hai gi¸ gi÷ mÉu bao gåm cÆp nhiÖt, bé phËn chøa mÉu. - 1 lß nhiÖt. - 1 thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. - 1 hÖ ghi kÕt qu¶ ®o. Bé khuÕch ®¹i Bé ®iÒu khiÓn 0,10 C  100 C /phót 100 C  2000 C /phót Bé ghi. S R HÖ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. a/ Lµ s¬ ®å cung cÊp nhiÖt cña thiÕt bÞ DTA. b/ Mét hÖ ®o cña h·ng Orton. 3/ Ho¹t ®éng vµ ph©n tÝch kÕt qu¶. - Sù thay ®æi nhiÖt ®é bªn trong c¸c mÉu ®îc x¸c ®Þnh bëi c¸c cÆp nhiÖt, ®é chªnh lÖch gi÷a c¸c cÆp nhiÖt sinh ra mét ®iÖn ¸p vµ sau ®ã ta khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p nµy lªn. * Díi ®©y ta cã mét ®êng cong cña hÖ DTA. Ta thÊy diÖn tÝch phÇn bªn trªn hay phÇn bªn díi cña c¸c ®Ønh cho ta biÕt vÒ n¨ng lîng øng víi c¸c qu¸ tr×nh xÈy ra trong mÉu. Khi T d¬ng th× mÉu ®ang to¶ nhiÖt vµ ngîc l¹i. Ta cã:A  mq , A: diÖn tÝch ®Ønh. gK K: ®é dÉn cña mÉu. g : thõa sè h×nh d¹ng ®Ønh. q: lîng entanpy thay ®æi / 1 ®¬n vÞ khèi lîng. Nh vËy x¸c ®Þnh diÖn tÝch c¸c ®Ønh, ta ®· x¸c ®Þnh n¨ng lîng xÈy ra qu¸ tr×nh t¬ng øng, tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®îc b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh vµ thêi ®iÓm xÈy ra qu¸ tr×nh ®ã trong khi ph©n tÝch. IV/ QuÐt nhiÖt vi sai (DSC). 1/ C¬ së vµ tÝnh n¨ng cña ph¬ng ph¸p. * DSC lµ ph¬ng ph¸p ph©n tÝch mµ ë ®ã ®é chªnh lÖch vÒ nhiÖt ®é gi÷a mÉu chuÈn vµ mÉu ®o lu«n b»ng kh«ng. Trong qu¸ tr×nh chuyÓn pha cña mÉu, n¨ng lîng sÏ ®îc bæ xung vµo mÉu hay cã thÓ mÊt ®i tõ mÉu, ta sÏ x¸c ®Þnh n¨ng lîng ®ã th«ng qua tÝnh diÖn tÝch giíi h¹n bëi ®å thÞ mµ ta thu ®îc. * Ph¬ng ph¸p DSC cho ta th«ng tin vÒ sù chuyÓn pha cña vËt chÊt. 2/ ThiÕt bÞ. Khi xuÊt hiÖn sù chuyÓn pha trªn mÉu, n¨ng lîng sÏ ®îc thªm vµo hoÆc mÊt ®i trong mÉu ®o hoÆc mÉu chuÈn, ®Ó duy tr× nhiÖt ®é ë mÉu ®o vµ mÉu chuÈn b»ng nhau. N¨ng lîng c©n b»ng nµy ®îc ghi l¹i vµ cung cÊp kÕt qu¶ ®o trùc tiÕp cña n¨ng lîng chuyÓn pha. H×nh vÏ: (a): lµ s¬ ®å cung cung cÊp nhiÖt cña DSC lo¹i th«ng lîng nhiÖt. (b): lµ lo¹i bæ chÝnh c«ng suÊt. Ta thÊy lo¹i th«ng lîng nhiÖt cã mét lß nhiÖt cßn lo¹i bæ chÝnh c«ng suÊt cã hai lß nhiÖt. Víi hai lß nhiÖt nh vËy ta cã thÓ ®o trùc tiÕp c«ng suÊt cña c¸c lß tõ ®ã suy ra ®é chªnh lÖch vÒ c«ng suÊt, cßn víi mét lß nhiÖt th× ta l¹i dùa vµo nhiÖt ®é. * ThiÕt bÞ DSC cã c¸c bé phËn chÝnh sau: - Gi¸ gi÷ mÉu gåm cÆp nhiÖt, bé phËn chøa mÉu. - Lß nhiÖt. - ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. - HÖ ghi kÕt qu¶ ®o. + Sau ®©y lµ s¬ ®å khèi cña DSC bæ chÝnh c«ng suÊt. 3/ Ho¹t ®éng vµ ph©n tÝch kÕt qu¶ ®o. Qu¸ tr×nh ph©n tÝch nhiÖt thêng bÞ ¶nh hëng bëi c¸c yÕu tè m«i trêng, ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm, kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cña vËt liÖu, kh¶ n¨ng ph¶n håi cña thiÕt bÞ ghi,… Khi ®Æt mÉu vµo vÞ trÝ lß, t¨ng dÇn nhiÖt ®é cña c¸c lß, ta dïng mét detector vi sai c«ng suÊt ®Ó ®o sù kh¸c nhau vÒ c«ng suÊt cña c¸c lß. TÝn hiÖu ®îc khuÕch ®¹i vµ chuyÓn lªn bé phËn ghi d÷ liÖu. Trong phÐp ph©n tÝch DSC ®êng cong thu ®îc thêng thay ®æi xung quanh trôc nhiÖt ®é, vµ suÊt hiÖn c¸c ®Ønh thu nhiÖt vµ to¶ nhiÖt øng víi c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn pha cña mÉu. * Sau ®©y ta ®i xem xÐt mét vÝ dô ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®iÓm chuyÓn pha cña polyme. Tg : lµ nhiÖt ®é chuyÓn pha thuû tinh, lóc nµy nhiÖt dung cña mÉu t¨ng do vËy dßng nhiÖt Tc t¨ng lªn. : NhiÖt ®é kÕt tinh, khi nhiÖt ®é t¨ng c¸c sîi polyme sÏ nhËn ®ñ n¨ng lîng vµ s¾p xÕp cã trËt tù h¬n (tinh thÓ). Qu¸ tr×nh nµy mÉu gi¶i Tm phãng n¨ng lîng. : NhiÖt ®é tan cña mÉu, lóc nµy tinh thÓ polyme tan ra, c¸c sîi polyme chuyÓn ®éng tù do, v× vËy chóng ®· hÊp thô mét nhiÖt lîng. V/ Ph©n tÝch nhiÖt träng lîng (TGA). 1/ C¬ së vµ tÝnh n¨ng cña ph¬ng ph¸p. * Ph¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së x¸c ®Þnh khèi lîng cña mÉu vËt chÊt bÞ mÊt ®i (hay nhËn vµo) trong qu¸ tr×nh chuyÓn pha nh mét hµm cña nhiÖt ®é. TGA cho ta x¸c ®Þnh khèi lîng chÊt bÞ mÊt ®i trong qu¸ tr×nh chuyÓn pha. §êng phæ TGA ®Æc trng cho mét hîp chÊt hoÆc mét hÖ do thø tù cña c¸c ph¶n øng ho¸ häc xuÊt hiÖn t¹i mét kho¶ng nhiÖt ®é x¸c ®Þnh lµ mét hµm cña cÊu tróc ph©n tö. C¸c ®êng d÷ liÖu liªn quan tíi nhiÖt ®éng häc vµ ®éng n¨ng cña d¹ng ph¶n øng ho¸ häc, c¬ chÕ ph¶n øng,… * C¸c th«ng tin ta nhËn ®îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn khèi lîng c¸c chÊt cã mÆt trong mÉu. Ngoµi ra ta x¸c ®Þnh ®îc thµnh phÇn dung m«i, chÊt phô gia,… 2/ ThiÕt bÞ. HÖ ®o TGA cã cÊu t¹o t¬ng tù nh DTA, nhng TGA cã thªm phÇn sensor khèi lîng. MÉu ®îc c©n liªn tôc vµ nung nãng ®Õn nhiÖt ®é bay h¬i, mÉu ®îc ®Æt trªn ®Üa vµ g¾n víi bé c©n b»ng ghi tù ®éng, bé c¶m biÕn tù ®éng chän ®iÓm c©n b»ng. Bé biÕn n¨ng lµ c¸c tÕ bµo quang ®iÖn, khi vÞ trÝ c©n b»ng ban ®Çu ®îc thiÕt lËp, sù thay ®æi khèi lîng cña mÉu sÏ ®îc lµm c©n b»ng. NhiÖt ®é cña lß ®îc thay ®æi liªn tôc vµ ®iÒu khiÓn bëi cÆp nhiÖt. Khèi lîng thay ®æi ®îc ®o so víi tÝn hiÖu vµo ban ®Çu. S¬ ®å cÊu t¹o cña mét thiÕt bÞ TGA (a). Mét hÖ TGA cña h·ng Orton (b). 3/ Ho¹t ®éng vµ ph©n tÝch kÕt qu¶. Ban ®Çu, c©n ë vÞ trÝ c©n b»ng. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn lµm t¨ng nhiªt ®é, trong qu¸ tr×nh ®ã c¸c qu¸ tr×nh lý, ho¸ xÈy ra lµm thay ®æi khèi lîng cña mÉu, nhê ®ã c¸c sensor khèi lîng chuyÓn tÝn hiÖu vÒ m¸y tÝnh vµ chuyÓn ®æi thµnh phÇn tr¨m khèi lîng cña vËt liÖu bÞ mÊt ®i. CaC2O4 .H 2O VD: MÉu ph©n tÝch TGA cña Bµi tr×nh bµy cña em ®Õn ®©y lµ kÕt thóc. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!
- Xem thêm -