1. 2 Термогравиметрический анализ

Этот метод основан на регистрации изме­нений массы образца вещества при его нагревании, сопровождаю­щемся его высушиванием, разложением. Эти процессы могут идти в несколько стадий. Например, при высушивании сначала удаляется свободная, затем – более прочно связанная кристаллиза­ционная влага. При дальнейшем нагревании проходят процессы пиролиза вещества, которые также могут быть многостадийными. Каждый из указанных процессов проходит при достижении для данного вещества одной постоянной температуры и сопровождается потерей массы. Поэтому на графике зависимости массы образца от температуры нагрева при некоторых температурах регистрируются изменения массы, соответст­вующие определенным стадиям термических превращений вещества. Например, термиче­ские превращения CuSO₄ • 5Н₂О (рисунок , а) склады­ваются из следующих стадий: 1) удаление двух молекул воды (t = 60…80°С); 2) удаление двух молекул воды (t=105…115° С); 3) удале­ние одной молекулы воды (t = 220…240°С); 4) разло­жение до CuO (t = 700…750°С); 5) разложение до Cu₂O (t = 900…950°С).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок – Термогравиграмма (а) и кривые ДСК и ДТА (б) сульфата меди (II)

 

Таким образом, термогравиграмма позволила устано­вить, что кристаллизационная вода связывается в суль­фате меди по крайней мере тремя видами связи, отличаю­щимися своей прочностью. При этом изменения массы образца эквивалентны содержанию в нем разных форм воды и продуктов разложения. Приведенный пример показывает высокую эффективность термогравиметрического ана­лиза как метода исследования состава веществ.

Термогравиметрический анализ проводят на специальных термо­весах (рисунок , а), включающих устройства 4 (печь) для нагрева образца 3, регулирования температуры и давления, регистрирующие весы 9, датчики температуры 2 и массы 10 и самописец 1 для записи показаний термовесов. Термогравиметрический анализ получает широкое развитие как точный и чувствительный метод для опреде­ления составных частей веществ и примесей в них. Термические характеристики примесей отличаются от характеристик вещества и на термогравиграмме появляются соответствующие изменения, качественно и количественно связанные со свойствами примеси.

1. 3 Метод калориметрии

Этот метод основан на измерении теплового потока, поглощаемого или излучаемого веществом в процессе его нагрева. В момент фазовых переходов или химических превращений образец вещества поглощает или выделяет определенное количество теплоты, что регистрируется чувствительными термоэлементами, помещенными в образец. Обычно используют дифференциальный вариант калориметрии, называемый дифференциальной сканирую­щей калориметрией – ДСК. В ДСК измеряется разность тепловых потоков образца и инертного неизменяющегося стандартного вещества, нагреваемых с одинаковой скоростью. При графическом изо­бражении на кривой ДСК при отсутствии фазовых или химических изменений в веществе фиксируется прямая линия. При появлении в веществе изменений, сопровождающихся поглощением теплоты (расплавление, испарение и др.), на кривой появляется экзотерми­ческий пик, направленный вниз; если изменения свя­заны с выделением тепло­ты, появляется эндотерми­ческий пик, направленный вверх (см. рисунок б).

К методу ДСК близок по своей сути метод диф­ференциального термиче­ского анализа ДТА. В этом методе регистрируют раз­ность температур нагревае­мого образца и стандарта, устойчивого при нагревании. При фазовых переходах, химических превращениях температура об­разца вследствие выделения или поглощения теплоты соответст­венно повышается или понижается. Эти изменения температуры регистрируются на кривой ДТА, аналогичной по своей форме кривой ДСК. Приборы ДТА проще по устройству и состоят из термопечи 4, в которую помещены держатели образца 3 и стан­дарта 7 с термопарами 11, регуляторов нагрева печи 5 и состава среды 6 и регистратора 1 (самописца) с усилителем 8 разности тем­ператур (рисунок 26, б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок – Схемы установок для термического анализа