Обработка экспериментальных результатов
При наличии в исследуемом образце каких-либо процессов, или переходов первого рода, связанных с поглощением или выделением тепла (плавление, структурный фазовый переход, испарение и др.), на кривых ДСК проявляются характерные пики и аномалии, исследование которых дает информацию о процессах, протекающих в образце.
Рис. 7. Обработка пика ДСК
Различают экзотермические (выделение тепла) и эндотермические (поглощение тепла) пики ДСК (рис.2). Любой пик ДСК полностью может быть описан следующими параметрами (рис. 6):
1. Температурами начала пика, которая характеризует начало процесса, и окончания пика (Т1 и Т2 на рис. 7, определяются как точки пересечения касательных основной (базовой) линии ДСК и плеч пика).
2. Температурой максимума (минимума) пика (Т3 на рис. 7), которая характеризует окончание процесса.
3. Площадью пика, которая определяет энтальпию (удельную теплоту) процесса (J = Q/M, где Q - количество поглощенного/выделенного тепла, M - масса исследуемого вещества).
4. Воспроизводимостью пика при охлаждении и последующем нагреве.
Наличие воспроизводимости свидетельствует об обратимости фазового перехода. Если пик не воспроизводится при повторном нагреве образца, это признак необратимого фазового перехода. Наличие пика на кривой ДСК всегда свидетельствует о прохождении фазового превращения, однако, природу этого превращения невозможно определить, основываясь исключительно на данных калориметрии. Интерпретация данных ДСК в общем случае может представлять собой достаточно сложную задачу, особенно в случае присутствия на кривой нескольких термических аномалий, для решения которой требуется привлечение дополнительных методов исследований, дифракционных, оптических, диэлектрических и пр. Однако в отдельных случаях, таких как плавление вещества или испарение некоторой его части, достаточно простого визуального осмотра образца после измерения.
|
|
|
ЗАДАНИЕ 1. Идентификация стандартного вещества (образца) по точкам начала и конца теплового эффекта, определяемым по кривой ДСК.
Порядок работы:
1. Получить у преподавателя образец известного состава, записать формулу и массу образца.
2. Установить образец в измерительную ячейку калориметра.
3. Составить и запустить программу измерений ДСК в следующем режиме:
a. Режим измерения - нагрев/охлаждение.
b. Выбрать температурный интервал (либо будет указан преподавателем).
c. Скорость нагрева/охлаждения 10 град./мин.
4. Наблюдать прохождение пика плавления образца на кривой ДСК.
5. Наблюдать пик кристаллизации. Завершить измерение.
6. После проведения измерений для обработки кривой ДСК и анализа полученных данных запустить программу NETZSCH Proteus Analysis. С помощью программы обработки результатов измерений измерить температуры начала и окончания пиков плавления и кристаллизации (Т1 и Т2 на рис. 6).
|
|
|
ЗАДАНИЕ 2. Провести калибровку прибора.
Получить у преподавателя калибровочный образец, записать формулу образца.
1. Установить образец в измерительную ячейку калориметра.
2. Составить и запустить программу измерений ДСК в режиме калибровки:
a. Режим измерения - нагрев/охлаждение.
b. Выбрать температурный интервал (здесь надо отталкиваться от температуры плавления материала, в таблице они есть, но можно и отрицательный сегмент включать).
c. Скорость нагрева 1, 2, 5 ,10, 20, 30 град./мин, охлаждения - 10
3. Наблюдать прохождение пика плавления образца на кривой ДСК.
Наблюдать пик кристаллизации. Завершить измерение. Сохранить файл в папку калибровки
4. Определить количество тепла DН (Дж/г), выделившегося при отверждении навески калибровочных образцов, по формуле:
DН = КSп/m0 ,
где К – калибровочный коэффициент, определенный при температуре определяемого пика, Дж/град×с или Дж/мм; Sп – площадь определяемого пика, град×с или мм2; m0 – масса навески, г.
|
|
|
5. Полученные данные свести в таблицу по образцу:
| № п/п | Тип отвердителя | Масса навески m0, г | Начальная температура реакции Tнач, °С | Максимальная температура реакции Тmax, °С | Количество выделившейся теплоты DH, Дж/г |
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные методы термического анализа.
2. Что такое дифференциальная сканирующая калориметрия?
3. Опишите принцип действия дифференциального калориметра.
4. О чем свидетельствует наличие пика на кривой ДСК?
5. Какие задачи можно решать с помощью метода ДСК?
6. Как определить температуру начала, максимума и конца реакции методом ДСК? Как рассчитать теплоту реакции?
7. Какие требования должны соблюдаться при подготовке образцов для измерений методом ДСК? Зачем в крышке тигля проделывают отверстие? В каких случаях это делать запрещено?
Литература
1. Газенаур, Е.Г. Методы исследования материалов [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Е.Г. Газенаур, Л.В. Кузьмина, В.И. Крашенинин. — Электрон. дан. — Кемерово : КемГУ, 2013. — 336 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/44317. — Загл. с экрана.
2. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров Берштейн В.А., Егоров В.М. – Л.: Химия, 1990. – 256с.
|
|
|
3. Практические приемы работы на дифференциальном сканирующем калориметре: методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Микро- и наносистемы в технике и технологии», «/ Юго-Зап. гос. ун-т; сост.: И.А. Шабанова, С.С. Кошкин, А.М. Стороженко, Бельских Г.Н.. Курск, 2015. 14 с.
Приложение 1
| Химическое вещество | Тпл, °С | J, Дж/г | Химическое вещество | Тпл, °С | J, Дж/г |
| Ga | 29.8 | -80.00 | Zn | 419.6 | -107.5 |
| KNO3 | 127.7 | -50.24 | Ag2SO4 | 426.4 | -57.7 |
| In | 156.6 | -28.60 | CsCl | 476.0 | -17.22 |
| RuNO3 | 164.2 | -26.60 | Al | 660.3 | -397.00 |
| Sn | 231.9 | -60.50 | BaCO3 | 810.0 | -94.9 |
| Bi | 271.4 | -63.30 | Ag | 961.8 | -107.00 |
| Pb | 327.4 | -23.00 | Au | 1064.2 | -63.7 |
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1284; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!