Тенденции развития приборов для термического анализа...

Тенденции развитияприборов для термического анализа и

калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments

Ахметов Марат

RTAC – 2016, Санкт-Петербург

Новые ДСК серии Discovery

8 800 200 4225 www.intertech-corp.ru

DSC25 DSC250 DSC2500

Ячейка ДСК


0,127 мм

Автосамплер


Модель Advanced Tzero™ (T4P)


Advanced Tzero дальнейшее улучшение модели Tzero в котором учтены

особенности тиглей и свойства контакта между тиглем и сенсоромq sam

R s R r

q s q r

C s C r

T r

T

0

T s

R p R p

mprcpan

Tps Tpr

R s R r

q s q r

C s C r

T r

0

T s

R p R p

mprcpan

Tps Tpr

mpscpanmpscpanm

Rp

Cpan

Rs

DSC 250

DSC 2500

DSC 25

Калибровка


Калибровка обеспечивает точность

Плавление индия


-23

-18

-13

-8

-3

2

-20

-15

-10

-5

0

5

145 150 155 160 165 170 175

He

at

Flo

w (

mW

)

Temperature (°C)

Прецизионность температуры: ±0.005ºC

Воспроизводимость температуры: ±0.025ºC

Прецизионность энтальпии : ±0.04%

Воспроизводимость энтальпии: ±0. 25%

Переход стеклования


-0,45

-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

80 90 100 110 120 130 140

He

at

Flo

w (

W/g

)

Temperature (°C)

10 параллелей, 10,6 мг полистирола, 20ºC/мин

Образец удалялся между параллелями

Кривые сдвинуты для наглядности

Теплоемкость


1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

K(C

p)

Cp

(J

/g/°

C)

Temperature (°C)

Sapphire Literature Cp J/(g·°C)

Average Measured Cp J/(g·°C)

K(Cp)

Теплоемкость


0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

Cp

(J/g

/°C

)

Temperature (°C)

Литературное значение Cp

Тепловой поток


t)(T,dt

dT Cp

dt

dHf

С𝑝 = теплоемкость

= удельная теплоемкость × масса

𝑑𝐻

𝑑𝑡= тепловой поток

𝑑𝑇

𝑑𝑡= скорость нагрева 𝑓 𝑇, 𝑡 = кинетическийфактор

Тепловой поток


t)(T,dt

dT Cp

dt

dHf

Полный тепловой

поток

• все тепловые

эффекты

Обратимый

тепловой поток

• теплоемкость

• стеклование

• большинство

эффектов

плавления

Необратимый тепловой

поток

• энтальпийная релаксация

• испарение

• химические реакции

• некоторые эффекты

плавления

Note that temperature is not decreasing during Modulation i.e. no cooling

Modulate +/- 0.42 °C every 40 secondsRamp 4.00 °C/min to 290.00 °C

52

54

56

58

60

62

Mo

du

late

d T

em

pera

ture

(°C

)

52

54

56

58

60

62

Te

mp

era

ture

(°C

)

13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Time (min)

Средняя и модулированная температура


54.5

55.0

55.5

56.0

56.5

57.0

Mo

du

late

d T

em

pera

ture

(°C

)

54.5

55.0

55.5

56.0

56.5

57.0

Te

mp

era

ture

(°C

)

13.70 13.75 13.80 13.85 13.90 13.95 14.00 14.05

Time (min)

Модулированная

температура

Средняя температура



Polycarbonate 7.92mgMDSC 1/60@3°C/min

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

No

nre

v H

ea

t F

low

(m

W)

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

Re

v H

eat

Flo

w (

mW

)

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3H

ea

t F

low

(m

W)

100 120 140 160

Temperature (°C)Exo Up Universal V4.3A TA Instruments

Плавление - SFI

-0.1625

-0.1250

-0.0875

-0.0500

-0.0125

0.0250

0.0625

Необ

р. те

пл

овой

пото

к (W

/g)

-0.2000

-0.1625

-0.1250

-0.0875

-0.0500

-0.0125

0.0250

0.0625

0.1000

Об

р. те

пл

овой

пото

к (W

/g)

-0.2375

-0.2000

-0.1625

-0.1250

-0.0875

-0.0500

-0.0125

0.0250Т

епл

овой

пото

к (W

/g)

-40 -20 0 20 40 60 80Температура (°C)Экзо вверх Universal V4.5A TA Instruments


Плавление - SFI


20.00°C18.05%

32.50°C0.6041%

40.00°C0.01573%

20

40

60

80П

роц

ен

т пл

ощ

ад

и (

%)

-0.16

-0.14

-0.12

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

Об

р. те

пл

овой

пото

к (W

/g)

-40 -20 0 20 40 60 80Температура (°C)Экзо вверх Universal V4.5A TA Instruments

Определение теплоемкости


Совместимость компонентов


Термогравиметрические анализаторы

Discovery TGA 5500

Discovery TGA 550

Discovery TGA 55


Конструкция ТГА

Вертикальный дизайн


Конструкция ТГА

Горизонтальный дизайн


Печь ТГА


Вход газа

Выход газа

Кожух

Термопара

ТигельПечь

Печь ТГА


Тигель

Абсорбер SiC

Термопара

Тепловой кран

Нагреваемый адаптер EGAКварцевая труба

Измерение температуры


Автосамплер


Discovery TGA: герметичные тигли


Авто-пошаговый ТГА (SWI)

Остановки в нагревании (изотермы) когда достигается

определенная скорость потери массы, далее переход к

нагреванию после снижения скорости разложения до

определенного уровня

Оператор определяет величины скорости снижения массы

Неправильные константы приводят к артефактам

Правильные настройки дают прекрасное разрешение, но,

обычно, это требует значительных затрат времени


Hi-Res ТГА достоинства

Относительно простой метод в разработке

Быстрое сканирование в широком диапазоне температур с

отличным разрешением

Нет необходимости в предварительном исследовании

образца

Высокое разрешение со скоростью классического ТГА,

даже для неизвестных образцов

Скорость нагрева меняется динамически и постоянно

Скорость нагрева всегда положительна (более

0,001°С/мин)

Может работать с увеличение массы (окисление металлов)


Выбор уровня разрешения

5075100125150175200225250

60

70

80

90

100

Temperature (°C)

Weight (%)1°C/minNormalRamp

20°C/minNormalRamp

ResolutionSetting 876543 21

Смесь 50/50 KHCO3/NaHCO3

продувка воздухом


Сравнение методов110

-10

10

30

50

70

90

200 300 400 500 600

Temperature (°C)

We

igh

t (%

)

--- Классический ТГА

.... Динамический (Hi-Res)

__ Авто-пошаговый

Поливинилацетат


Сравнение методов

Метод

Длительность

разработки

(мин)

Время теста

(мин)

Классический <1 10 - 600

Hi-Res <1 50

SWI >40 180


Метод Озавы-Флинна-Уолла


Модулированный ТГА

100

150

200

250

300

350

400

Мод

ул

иро

ванная т

ем

пера

тура (

°C)

70

80

90

100

Вес (

%)

160 180 200 220 240 260 280 300 320 340Температура (°C) Universal V4.5A TA Instruments


MTGA – энергия активации

400 450 500 550 600

0

200

400

600

800

1,000

-10

10

30

50

70

90

110

Temperature (°C)

Acti

vati

on

En

erg

y (

kJ/m

ol)

[

] W

eig

ht

(%)

Политетрафторэтилен


Программное обеспечениеРаботает под управлением систем Windows 2000/XP/Vista/7

Позволяет :

полностью автоматизировать процесс анализа используя

встроенные и пользовательские макросы

настроить прибор на «принятие решений» и модификацию условий

эксперимента в зависимости от результатов предыдущих

исследований

разрабатывать пользовательские программы эксперимента на

одном приборе и использовать их на других анализаторах

встроенные макросы позволяют получать качественные

результаты даже операторам без специальных навыков

планирование и автономное проведение сложных

экспериментов

наличие мультимедийной подсказки значительно упрощает

процесс ознакомления и работы с прибором


Сборочный цех


Спасибо за внимание!


Тенденции развития приборов для термического анализа...

Science