Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

Дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) основана на непрерывной регистрации разности теплового потока от образца и эталона или к образцу и эталону как функция температуры или времени при нагревании образцов в соответствии с определенной программой в заданной газовой атмосфере. Метод предоставляет информацию о температурах и теплоте фазовых переходов (плавления, кристаллизации, стеклования), термодинамике и кинетике химических реакций, химическом составе, чистоте, термической и окислительной стабильности различных материалов и т. д.
Метод ДСК широко используется для исследований химических соединений, полимерных и композитных материалов в различных отраcлях науки и промышленности.
При синхронном ТГ–ДТА (ДСК) анализе одновременно измеряется изменение теплового потока и веса образца как функция от температуры или времени, обычно при использовании контролируемой атмосферы. Такой синхронный анализ не только увеличивает производительность измерений, но и упрощает интерпретацию результатов благодаря возможности отделить эндо- и экзотермические процессы, не сопровождающиеся изменением веса от тех, при которых происходит изменение веса (деградация).
ДСК высокого давления позволяет исследовать материал и его реакции под давлением выше 1 000 бар. Камера для анализа, содержащая образец, является единственной частью, подвергнутой давлению.
Синхронный термический анализ (СТА) объединяет в одном измерении термогравиметрию с дифференциальным термическим анализом или с дифференциально-сканирующей калориметрией.
Метод основан на одновременной непрерывной регистрации изме-
нений характеристик образца, обусловленных фазовыми переходами или химическими реакциями, в зависимости от времени или температуры при нагревании в соответствии с выбранной температурной программой в заданной газовой атмосфере.
Постоянная регистрация изменений массы делает возможным точное определение изменений энтальпии. Полученная информация может быть еще более расширена при оснащении инструмента СТА системой анализа газовой фазы – ИК-Фурье-спектроскопией или масс-спектрометрией. Метод позволяет получать информацию о составе, термической и окислительной стабильности материалов, фазовых переходах, температурах протекания и кинетике химических реакций. Он широко применяется в научных и заводских лабораториях, пищевой промышленности, неорганической, органической и физической химии, производстве пластмасс, резин, лаков, красок и др.
Масс-спектрометрия термического анализа позволяет наряду с определением термодинамических характеристик компонентов одновременно исследовать фазовые превращения или характер термической диссоциации сложных по составу продуктов, что повышает эффективность исследований при проведении технологических разработок.
Другие (менее распространенные) методы основаны на измерении звука или эмиссии света от образца, электрического разряда от диэлектрического материала или механической релаксации в нагруженном образце. Объединяющей сущностью этих методов является то, что отклик образца записывается в зависимости от температуры и времени.
Применяются и более сложные температурные профили, использующие осциллирующую (обычно в виде синусоидальных или прямоугольных колебаний) скорость нагревания (термический анализ с модулированной температурой) или изменяющие скорость нагревания в ответ на изменение свойств системы (термический анализ, контролируемый образцом).
Для термических измерений широко применяется комплексный термоаналитический прибор – дериватограф. Дериватографы позволяют производить одновременную регистрацию следующих кривых: кривая дифференциально-термического анализа (DTA), кривая термогравиметрического анализа (TG), дифференциально-термограви-
метрическая кривая (DTG), кривая температуры (Т) (рисунок 11.3).