Phân tích nhiệt DSC, TGA - Công nghệ thông tin | Đại học Hoa Sen

Bé B é m « m n « n h ã h a ã a h ä h c ä c v « v « c ¬ c ¬ -- - - - - - - - XW-- - - - - - - - - Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c h c u h y u ª y n ª n ® Ò ® Ò ® ¹ ® i ¹ ih ä h c ä c
Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt Hµ H µ n é n i é ,i ,2 0 2 0 0 7 0 7 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ Mô M c ô c l ô l c ô c Mô M c c l ô
l c .......................................................................................................................................................................................................................2 Bµ B i µ i1 . 1 .g i g í i i í it h t i h Ö i u Ö u p h p −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t
Ö t...................................................................................................5 1. Ph P © h n © t n Ý t c Ý h c n h h n iÖ i t
Ö .t.......................................................................................................................................................................................................................5 2. C¸ C c ¸ c k ý k ý h i h Ö i u Ö u s ö s ö d ô d n ô g n g t r t o r n o g n g p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t
Ö .t...................................................................................................................................6 . 3. C¸ C c ¸ y c Õ y u Õ t u è t t è r t o r n o g n p g h p © h n © t n Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t
Ö .t.................................................................................................................................................................6 . 3.1.
MÉu..................................................................................................................6 3.2.
ChÐn nung........................................................................................................7 3.3.
Tèc ®é gia nhiÖt...............................................................................................7 3.4.
KhÝ quyÓn nung. ..............................................................................................9 3.5.
Khèi l−îng mÉu.............................................................................................10 Bµ B I µ I 2 . 2 .p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t Ö tt r t ä r n ä g n g l −în î g n
g ...................................................................................................................................11 1 1. §Þ § n Þ h n h n g n h g Ü h a Ü a – – T h T i h Õ i t Õ tb Þ b Þ® o ® o T G T .
G ....................................................................................................................................................................11 1 2. §−ên ê g n n g h n i h Ö i t Ö t t r t ä r n ä g n l g −îng TG.
îng TG. .......................................................................................................................................................................12 1 3. §−ên ê g n n g h n i h Ö i t Ö t t r t ä r n ä g n l g −în î g n v g i v ip h p © h n © D n T D G T .
G ..........................................................................................................................................13 1 Bµ B I µ I 3 . 3 .P h P © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t Ö tv i v is a s i a iv µ v µ n h n i h Ö i t Ö tl −în î g n g v i v is a s i a iq u q Ð u t
Ð t.....................................................................15 1 1. §Þ § n Þ h n h n g n h g Ü h a Ü a – – T h T i h Õ i t Õ tbÞ b ÞD T D A T , A ,D S D C S .
C ......................................................................................................................................................15 1 2. C¸ C c ¸ h c i h Ö i u Ö ø u n ø g n t g r t ª r n ª ® n −ên ê g n D g T D A T v A µ v D µ S D C S .
C .........................................................................................................................................17 1 2.1.
HiÖu øng thu nhiÖt......................................................................................... 18 2.2.
HiÖu øng táa nhiÖt. ........................................................................................ 18 2.3.
Sù thñy tinh hãa.............................................................................................19 3. C¸ C c ¸ ø c n ø g n d g ô d n ô g n c g ñ c a ñ p a h p −¬n ¬ g n p g h p ¸ h p ¸ D p S D C S , C D , T D A T .
A ...........................................................................................................................20 2 Bµ B I I 4 . 4 .p h p −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h c ¬ c ¬ n h n i h Ö i t
Ö t.....................................................................................................................21 2 1. §Þ § n Þ h n h n g n h g Ü h a Ü a – – T h T i h Õ i t Õ tb Þ b ÞT M T A M .
A .......................................................................................................................................................................21 2 2. øn ø g n d g ô d n ô g n c g ñ c a ñ p a h p −
¬ng ph¸p TMA. .........................................................................................................................................................22 2 2.1.
X¸c ®Þnh hÖ sè gi·n në nhiÖt. ........................................................................22 2.2.
X¸c ®Þnh nhiÖt ®é thñy tinh hãa. ...................................................................22 Bµ B I µ I 5 . 5 .ø n ø g n g d ô d n ô g n g c ¸ c c ¸ c p h p −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p T G T , G ,D S D C S , C ,D T D A T
A .................................................................................24 2 1. Ph P © h n © n t Ý t c Ý h c h T G/ G D / S D C S C m É m u É u C u C S u O S .5 . H 5 O.
O .............................................................................................................................................24 2 4 H2 . . 4 4 2 4 2 2. Ph P © h n © n t Ý t c Ý h c h T G/ G D / S D C S C m É m u É u N a N S O .5 . H 5 O.
O .........................................................................................................................................26 2 2S O H . . 6 2 2 3 2 Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 2 2 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ 3. X¸ X c ¸ c ® Þ ® n Þ h n h n h n i h Ö i t Ö t® é ® é n ã n n ã g n g c h c ¶ h y ¶ y v µ v µ n h n i h Ö i t Ö t® é ® é k Õ k t Õ tt i t n i h n h c ñ c a ñ a v Ë v t Ë tl i l Ö i u Ö .
u ...................................................................28 2 4. Ph P © h n © t n Ý t c Ý h c D h S D C S m C É m u É K u N K O ti t n i h n k h h k i h Õ i t
Õ .t ...............................................................................................................................................30 3 3 . . 0 3 5. X¸ X c ¸ c ® Þ ® n Þ h n h n h n i h Ö i t Ö t® é ® é t h t ñ h y ñ y t i t n i h n h h ã h a ã a T g T g b » b n » g n g p h p −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p D S D C S .
C ........................................................................32 3 6. X© X y © d y ù d n ù g n g g i g ¶ i n ¶ ® n å ® p å h p a h .
a ............................................................................................................................................................................................33 3 tµ t i µ il i l Ö i u Ö u t h t a h m a m k h k ¶ h o ¶
o .....................................................................................................................................................................................35 3 Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 3 3 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g p h p −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t Ö (T ( h T e h r e m r a m l a la n a a n l a y l s y i s s i s m e m t e h t o h d o ) d ) dµ d n µ h n h c h c o h o s i s n i h n h v i v ª i n ª n c h c u h y u ª y n ª n ® Ò ® Ò v « v « c ¬ Tõ T õ rÊ r t Ê tsí s m í , m ,t¸ t c ¸ c dô d n ô g n cñ c a ñ a nh n i h Ö i t Ö tlª l n ª n vË v t Ë tch c Ê h t Ê t®· ® · l« l i « icu c è u n è n ®−îc î c sù s ù ch c ó h ó ý ý cñ c a ñ a co c n o ng n −êi ê ,i ,th t Ë h m Ë m ch c Ý h Ýqu q a u n a n s¸ s t ¸ tng n ä g n ä n lö l a ö a cò c n ò g n ®e ® m e m l¹ l i ¹ ini n Ò i m Ò m vu v i u ith t Ý h c Ý h c . h .Lo L µ o i µ ing n −êi ê ®· ® bi b Õ i t Õ tsö s ö dô d n ô g n g lö l a ö a ®Ó ® Ó nÊ n u Ê u ch c Ý h n Ý n th t ø h c ø c ¨n ¨ , n ,dï d n ï g n g ®¸ ® ¸ l¹ l n ¹ h n h ®Ó ® Ó b¶ b o ¶ o qu q ¶ u n ¶ n th t ù h c ù c ph p È h m È . m .Co C n o n ng n −êi ê icß c n ß n bi b Õ i t Õ tsö s ö dô d n ô g n g nh n i h Ö i t Ö t®Ó ® s¶n ¶ n xu x Ê u t Ê tvË v t Ë tlilÖ i u Ö u x© x y © y dù d ng n g vµ v µ c« c n « g n g cô c ô ph p ô h c ô c vô v ô s¶ s n ¶ n xu x Ê u t Ê .t . Tr T o r n o g n g hã h a ã a hä h c ä c vµ v µ kh k o h a a hä h c ä c vË v t Ë tlilÖ i u Ö u ®Ó ® b¾ b t ¾ t®Ç ® u Ç u ng n h g i h ª i n ª n cø c u ø u mé m t é tvË v t Ë tch c Ê h t Ê tnµ n o µ o ®ã ® , ã ,c ¸ c c ¸ c n h n µ h µ k h k o h a o a h ä h c ä c t h t −ên ê g n g s ö s ö d ô d n ô g n g n h n i h Ö i t Ö tn h n − m é m t é tc « c n « g n g c ô c ô ® Ç ® u Ç u t a t y a y ® Ó ® Ó t h t e h o e o d â d i â is ù s ù bi b Õ i n Õ n ®æ ® i æ icñ c a ñ a nã n . ã .Mé M t é tmÉ m u É u kh k i h i®−îc î c ®è ® t è tnã n n ã g n g th t × h ×cã c ã th t Ó h Ó x¶ x y ¶ y ra r a c¶ c ¶ qu q ¸ u ¸ tr t × r n × h n h vË v t Ë tlý l ý cò c n ò g n g nh n − qu q ¸ u ¸ tr× r n × h n h hã h a ã a hä h c ä c th t e h o e o nh n i h Ò i u Ò u c¸ c c ¸ h c kh k ¸ h c ¸ c nh n a h u a u ho h Æ o c Æ c ch c ó h n ó g n g ho h µ o n µ n to t µ o n µ bÒ b n Ò n ví v i í i nh n i h Ö i t Ö t (k ( h k « h n « g n g cã c ã sù s th t a h y a y ®æ ® i æ i nµ n o µ o c¶ c ) ¶ . ) Tõ T õ nh n ÷ h n ÷ g n g sù s ù th t a h y a y ®æ ® i æ i vÒ v Ò tÝtn Ý h n h ch c Ê h t Ê t vµ v µ nh n ÷ h n ÷ g n g ph p ¶ h n ¶ n øn ø g n g x¶ x y ¶ y ra r tr t o r n o g n g qu q ¸ u ¸ tr t × r n × h n h th t ay a y ®æ ® i æ inh n i h Ö i t Ö t®é ® , é ,ng n −ê − i ê ita t a kh k « h n « g n g ch c Ø h Ø®¸ ® n ¸ h n h gi g ¸ i ¸ s¬ s ¬ bé b é th t µ h n µ h n h ph p Ç h n Ç n vË v t Ë tch c Ê h t Ê tmµ m ®« ® i « ikh k i h icß c n ß n cã c ã th t Ó h Ó th t u h u th t Ë h p Ë p ®−îc î c nh n ÷ h n ÷ g n g th t « h n « g n g ti n n vÒ v n g n u g å u n å n g è g c è c x u x Êt Ê tx ø x ø c ñ c a ñ a n ã n . ã . V× V ×v Ë v y Ë y n h n i h Ö i t Ö tk h k « h n « g n g c h c Ø h Ø® −îc î c d ï d n ï g n g t r t o r n o g n g s i s n i h n h h o h ¹ o t ¹ tvµ v µ s ¶ s n ¶ n x u x Ê u t Ê th µ h n µ g n g n g n µ g y µ y m µ m µ nã n ã c ß c n ß n l µ l µ c « c n « g n g c ô c ô q u q a u n a n t r t ä r n ä g n g tr t o r n o g n g n g n h g i h ª i n ª n c ø c u ø u k h k o h a o a h ä h c ä . c . TË T p Ë p bµ b i µ igi g ¶ i n ¶ g n g nµ n y µ y nh n » h m » m cu c n u g n g cÊ c p Ê mé m t é tsè s è ki k Õ i n Õ n th t ø h c ø c vÒ v Ò ph p −¬n ¬ g n g ph p ¸ h p ¸ p ph p © h n © n tÝtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö ts ö s ö d ô d n ô g n g t r t o r n o g n g l Üln Ü h n h v ù v c ù c n g n h g i h ª i n ª n c ø c u ø u h ã h a ã a v « v « c ¬ c . ¬ . Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 4 4 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ Bµi 1. Bµi giíi 1. thiÖu giíi ph thiÖu −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n © n t Ý t c Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t
Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt ®−îc ph¸t triÓn bëi nhiÒu khoa häc vµ c¸c h·ng
s¶n xuÊt thiÕt bÞ, v× vËy cÇn cã sù thèng nhÊt chung vÒ ®Þnh nghÜa vµ c¸c thuËt ng÷
sö dông. D−íi ®©y chóng t«i sö dông c¸c ®Þnh nghÜa vµ quy −íc cña HiÖp héi Ph©n
tÝch nhiÖt vµ NhiÖt l−îng (ICTAC) trong toµn bé bµi gi¶ng. 1. 1 Ph P © h n © n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö .t .
Ph©n tÝch nhiÖt (viÕt t¾t lµ TA, Thermal Analysis) lµ mét nhãm c¸c ph−¬ng
ph¸p trong ®ã theo dâi sù thay ®æi mét tÝnh chÊt nµo ®ã cña mÉu (theo thêi gian
hoÆc theo nhiÖt ®é) khi mÉu ®−îc gia nhiÖt theo ch−¬ng tr×nh trong nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ cho tr−íc.
Ch−¬ng tr×nh nhiÖt cã thÓ bao gåm c¸c giai ®o¹n: - T¨ng nhiÖt ®é - Gi¶m nhiÖt ®é. - Gi÷ ®¼ng nhiÖt.
Ng−êi ta cã thÓ gia nhiÖt ë mét tèc ®é cè ®Þnh (®−îc sö dông phæ biÕn) hoÆc
gia nhiÖt theo kiÓu ®iÒu biÕn (hiÕm gÆp h¬n). B¶ B n ¶ g n g 1 . 1 .M é M t é ts è s è ph p −¬ − n ¬ g n g p h¸ h p ¸ p p h©n © n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö tt h t −ên ê g n g s ö s ö d ô d n ô g n . g . Ph P −¬n ¬ g n p g h p ¸ h p ¸ p Ký K h ý i h Ö i u Ö u TÝ T n Ý h n c h h c Ê h t Ê t Qu Q ¸ u t ¸ r t × r n × h n n h g n h g i h ª i n ª c n ø c u ø u Ph©n hñy, kÕt hîp
Ph©n tÝch nhiÖt träng l−îng TG Khèi l−îng §ehy®rat hãa
(NhiÖt träng l−îng vi ph©n) (DTG) Oxy hãa, khö...
Chªnh lÖch nhiÖt ®é C¸c ph¶n øng hãa häc Ph©n tÝch nhiÖt vi sai DTA
gi÷a mÉu ph©n tÝch Qu¸ tr×nh chuyÓn pha vµ mÉu so s¸nh
Chªnh lÖch c«ng suÊt NhiÖt dung NhiÖt l−îng vi sai quÐt DSC
nhiÖt gi÷a mÉu ph©n ChuyÓn pha tÝch vµ mÉu so s¸nh NhiÖt l−îng
BiÕn ®æi c¬ häc do nhiÖt Ph©n tÝch c¬ nhiÖt TMA Gi·n në Gi·n në nhiÖt
ThuËt ng÷ “mÉu” trong tr−êng hîp nµy ph¶i ®−îc hiÓu mét c¸ch linh ®éng ®ã Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 5 5 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬
lµ chÊt ®−îc ®Æt vµo thiÕt bÞ khi b¾t ®Çu thùc nghiÖm vµ c¸c s¶n phÈm cña nã sinh ra
trong qu¸ tr×nh thay ®æi nhiÖt ®é.
§−êng cong ph©n tÝch nhiÖt cã tªn gäi cô thÓ tïy vµo tÝnh chÊt ®−îc theo dâi.
B¶ng 1 liÖt kª mét sè ph−¬ng ph¸p th«ng dông sö dông trong nghiªn cøu.
CÇn ph©n biÖt cÈn thËn hai thuËt ng÷ “vi ph©n” (derivative) vµ “vi sai”
(differential). Vi sai lµ ph−¬ng ph¸p trong ®ã ng−êi ta ®o sù chªnh lÖch vÒ mét tÝnh
chÊt nµo ®ã (nhiÖt ®é, c«ng suÊt...) gi÷a mét mÉu nghiªn cøu vµ mét mÉu so s¸nh
(Hai mÉu ®−îc tiÕn hµnh ®o ®ång thêi trong cïng mét ®iÒu kiÖn gièng hÖt nhau). VÝ
dô, trong ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis),
ng−êi ta theo dâi sù chªnh lÖch vÒ nhiÖt ®é gi÷a mét mÉu nghiªn cøu vµ mét mÉu so
s¸nh. Cßn vi ph©n lµ phÐp lÊy ®¹o hµm bËc nhÊt cña mét ®−êng cong tÝnh chÊt nµo
®ã theo nhiÖt ®é hoÆc theo thêi gian. VÝ dô, DTG lµ ph©n tÝch nhiÖt träng l−îng vi
ph©n (Derivative ThermoGravimetry) lµ lÊy ®¹o hµm bËc nhÊt cña ®−êng TG (®−êng
nhiÖt träng l−îng ThermoGravimetry), v× vËy ®−êng DTG cho biÕt tèc ®é mÊt khèi
l−îng (dm/dt) theo thêi gian hoÆc theo nhiÖt ®é. 2. 2 C¸ C c ¸ c k ý k ý h i h Ö i u Ö u s ö s ö d ô d n ô g n g t to r ng n g p h p © h n © n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö .t .
- Ký hiÖu cho vËt: mÉu nghiªn cøu (Sample), mÉu so s¸nh (Refference), lß
(Furnace)... ng−êi ta sö dông chØ sè lµ ch÷ c¸i ®Çu tiªn cña nã (viÕt hoa): 0
o NhiÖt ®é cña mÉu so s¸nh: TR C o Khèi l−îng mÉu: mS g o NhiÖt ®é lß: TF 0C
- Ký hiÖu cho mét hiÖn t−îng hoÆc thêi ®iÓm: nãng ch¶y (melting), thñy tinh
hãa (glass), b¾t ®Çu (intinial), kÕt thóc (final)... ng−êi ta sö dông chØ sè
còng lµ ch÷ c¸i ®Çu tiªn (viÕt th−êng): o NhiÖt®é thñy tinh hãa: Tg 0C 0 o NhiÖt ®é nãng ch¶y: Tm C o NhiÖt ®é b¾t ®Çu: Ti 0C o Khèi l−îng cuèi cïng: mf g 3. 3 C¸ C c ¸ c y Õ y u Õ u t è t è t r t o r n o g n g p h p © h n n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö .t . 3.1. MÉu.
Nh×n chung cÇn ph¶i thu thËp ®Çy ®ñ vÒ lÝ lÞch cña mÉu: thµnh phÇn hãa häc,
c¸c t¹p chÊt cã thÓ cã, nguån gèc, ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ... NÕu mÉu ®−îc ph©n t¸n
trong mét chÊt tr¬ th× thµnh phÇn hçn hîp còng cÇn ®−îc biÕt tr−íc v× ®«i khi m«i Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 6 6 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬
tr−êng ph©n t¸n cã ¶nh h−ëng râ rÖt tíi ®é dÉn nhiÖt cña mÉu vµ h×nh d¹ng cña ®−êng cong ph©n tÝch. 3.2. ChÐn nung.
Trong gi¶n ®å ph©n tÝch nhiÖt cÇn nªu râ lo¹i vËt liÖu sö dông ®Ó lµm chÐn
nung còng nh− d¹ng h×nh häc vµ dung tÝch chÐn. Nh×n chung chÐn ®ùng mÉu vµ vËt
®ì mÉu kh«ng ®−îc phÐp ph¶n øng víi mÉu trong suèt qu¸ tr×nh ph©n tÝch. C¸c lo¹i
chÐn th−êng sö dông lµ nh«m (d−íi 6000C), platin, alumina, silica (cã thÓ tíi
16000C). Sö dông c¸c lo¹i chÐn kh¸c nhau còng lµm thay ®æi m¹nh qu¸ tr×nh trao
®æi nhiÖt cña mÉu víi sensor (do c¸c vËt liÖu kh¸c nhau vÒ ®é dÉn nhiÖt), hoÆc ®«i
khi cã thÓ lµm thay ®æi c¶ ph¶n øng, ch¼ng h¹n nh÷ng ph¶n øng x¶y ra d−íi sù xóc
t¸c cña platin ng−êi ta th−êng sö dông chÐn p a
l tin ®Ó ph©n tÝch. Nh×n chung khi lµm
viÖc d−íi 6000C ng−êi ta sö dông chÐn nh«m (v× rÎ vµ cã ®é dÉn nhiÖt tèt), khi lµm
viÖc ë nhiÖt ®é cao ph¶i sö dông chÐn platin, alumina, silica. Nh÷ng mÉu kho¸ng tù
nhiªn, c¸c kim lo¹i hoÆc oxit kim lo¹i khi ph©n tÝch th−êng sö dông chÐn alumina,
hoÆc silica, c¸c mÉu h÷u c¬ th−êng sö dông chÐn platin.
D¹ng h×nh häc cña mÉu còng cã vai trß quan träng, nh−ng phæ biÕn lµ sö dông
chÐn h×nh trô. Th«ng th−êng chÐn n«ng vµ réng gióp c¸c chÊt khÝ khuyÕch t¸n tèt
h¬n gióp mÉu tiÕp xóc tèt víi dßng khÝ thæi vµo còng nh− gi¶i phãng nhanh c¸c khÝ
s¶n phÈm (lo¹i nµy thÝch hîp cho nh÷ng chÊt cã ph¶n øng víi khÝ quyÓn nung: oxi,
hi®r«...); khi ph©n tÝch nh÷ng mÉu ®ßi hái khÝ quyÓn tr¬ (nit¬, argon) th× nh÷ng chÐn
s©u h¬n ®−îc −u tiªn sö dông. 3.3. Tèc ®é gia nhiÖt.
HÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ ph©n tÝch nhiÖt ®Òu cã thÓ thay ®æi (t¨ng hoÆc gi¶m) ®−îc
nhiÖt ®é lß víi tèc ®é tõ 00C/phót (gi÷ ®¼ng nhiÖt) ®Õn tèc 100C/phót (tèc ®é gia
nhiÖt phæ biÕn nhÊt) ®Õn vµi chôc ®é mét phót. Ph¶n øng x¶y ra kh¸c nhau ë c¸c
nhiÖt ®é kh¸c nhau vµ do ®ã ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng cong ph©n tÝch nhiÖt.
Sù trao ®æi nhiÖt gi÷a lß víi c¸c phÇn kh¸c nhau cña mÉu (hoÆc chÊt so s¸nh)
kh«ng x¶y ra tøc thêi mµ phô thuéc vµo ®é dÉn nhiÖt, sù ®èi l−u vµ bøc x¹ nhiÖt x¶y
ra trong thiÕt bÞ. §©y lµ nguyªn nh©n g©y ra sù “trÔ nhiÖt” trong qu¸ tr×nh ®o, tèc ®é
gia nhiÖt cµng lín th× trÔ nhiÖt cµng nhiÒu.
Tèc ®é gia nhiÖt cao cho phÐp mét sè mÉu cã thÓ nãng ch¶y tr−íc khi nã bÞ
ph©n hñy, trong khi nÕu gia nhiÖt víi tèc ®é thÊp th× ph¶n øng cã thÓ x¶y ra d−íi
nhiÖt ®é nãng ch¶y. Nh×n chung muèn ®¹t ®−îc sù c©n b»ng nhiÖt trong qu¸ tr×nh
ph©n tÝch th× ph¶i ®o víi tèc ®é gia nhiÖt rÊt thÊp (d−íi 10C/phót ch¼ng h¹n). Tèc ®é
gia nhiÖt ¶nh h−ëng m¹nh tíi ®iÓm b¾t ®Çu, ®iÓm kÕt thóc vµ kho¶ng thêi gian x¶y ra hiÖu øng: Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 7 7 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ Ti, nhanh > Ti, thÊp Tf, nhanh > Tf, thÊp (Tf - Ti) nhanh > ( f T - Ti) thÊp
§é ph©n gi¶i cña hai hiÖu øng x¶y ra gÇn nhau sÏ ®−îc t¨ng lªn khi ®o ë tèc ®é
gia nhiÖt thÊp. Khi ghi TG (nhiÖt träng l−îng) ng−êi ta th−êng ghi víi tèc ®é gia
nhiÖt thÊp, cßn ghi DSC th× th−êng ®o víi tèc ®é gia nhiÖt cao. Figure:
Experiment:CuSO4. 5H2O (10K.m in-1) Crucible: PT 100 µl Atmosphere: Air Figure:
Experiment:CuSO4. 5H2O (2K.m in-1) Crucible:PT 100 µl Atmosphere: Air
13/09/ 2007 Pro cedur e: 30 ----> 400C (10 K.m in-1) (Zone 2) Mass (mg): 81. 69001
Pro cedur e: 30 ----> 400C (2 K.m in-1) (Zone 2) Lab sys TG 11/09/ 2007 Mass (mg): 79. 72 Lab sys TG TG/% Hea tFlow /µV dTG/ %/m in TG /% Hea tFlow /µV d TG/% /min 0 DTG Exo Exo 36 36 DTG -2 -1 27 0 27 0 DSC DSC Peak : 240.2187 °C -5 Onset Point :215. 5444 °C -2 18 18 Peak : 269.6252 °C Peak 1 : 102.2421 °C 9 -5 0 9 Peak 2 : 124.9240 °C -2 0 Peak 1 : 132.6864 °C -3 -8 Onset Point :73. 7699 °C Peak 2 : 154.3900 °C Onset Point :120. 0462 °C TG TG 0 0 -4 -1 1 Mass v ariation: -13. 032 % -9 -100 -9 -4 0 -5 Mass v ariation: -28.619 % -1 8 -1 8 -1 4 Mass v ariation: -15. 448 % -6 -2 7 -150 -2 7 -6 0 -1 7 Mass v ariation: -7. 146 % Mass v ariation: -7. 377 % -7 -3 6 -3 6 50 100 150 200 250 300
350 Furnace temperature /°C 50 100 150 200 250 300
350 Furnace temperature /°C H× H n × h n h 1 . 1 .¶ n ¶ h n h h −ën ë g n g c ñ c a ñ a t è t c è c ® é ® é g i g a i a n h n i h Ö i t Ö tt í t i í iv Þ v Þt r t Ý r Ýv µ v µ h × h n × h n h d ¹ d n ¹ g n g p ea e k a . k . 350 300 250 200 é iÖt ® 150 h N 100 50 0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Thêi gian (phót) H× H n × h n h 2 . 2 .C h−¬ng n g t r t × r n × h n h n h n i h Ö i t Ö t® é ® . é .
Tèc ®é gia nhiÖt kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cè ®Þnh, vÝ dô cã thÓ ®Æt mét ch−¬ng
tr×nh nhiÖt nh− sau: gi÷ ®¼ng nhiÖt ë 250C trong 10 phót sau ®ã t¨ng tíi 3000C víi
tèc ®é 100C/phót, gi÷ ®¼ng nhiÖt ë 3000C trong 10 phót sau ®ã lµm nguéi vÒ nhiÖt ®é
phßng víi tèc ®é 50C/phót, cuèi cïng ®¼ng nhiÖt ë nhiÖt ®é phßng 20 phót. Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 8 8 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬ 3.4. KhÝ quyÓn nung.
Sù trao ®æi nhiÖt vµ c¸c ph¶n øng hãa häc phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo khÝ quyÓn
xung quanh mÉu. Khi kh«ng cã ph¶n øng x¶y ra gi÷a mÉu vµ khÝ quyÓn nung th× sù
trao ®æi nhiÖt bëi dßng khÝ thæi vµo ¶nh h−ëng rÊt quan träng. D−íi ®©y lµ mét sè
khÝ ®−îc sö dông phæ biÕn trong ph©n tÝch nhiÖt: Lo¹i khÝ (ë 1atm)
§é dÉn nhiÖt ë 373K 0-2 J/(smK) Heli 17.77 Nit¬ 3.09 Kh«ng khÝ 3.17 Cacbonic 2.23
Cã thÓ thÊy r»ng nÕu sö dông Heli th× ®é dÉn nhiÖt tèt h¬n so víi CO2 8 lÇn.
Khi cã ph¶n øng x¶y ra gi÷a mÉu víi khÝ quyÓn th× hiÖu øng nhiÖt ®«i khi cã
thÓ thay ®æi hoµn toµn. VÝ dô: kim lo¹i cã thÓ bÒn trong khÝ quyÓn tr¬ (Ar, He)
nh−ng cã thÓ bÞ oxi hãa trong kh«ng khÝ (hoÆc khÝ quyÓn oxi); hoÆc khi x¶y ra mét
c©n b»ng hãa häc gi÷a pha r¾n, láng víi pha khÝ, ch¼ng h¹n: c©n b»ng gi÷a canxi
cacbonat, canxi oxit vµ khÝ cacbonic: CaCO3 (r¾n) CaO (r¾n) + CO2 (khÝ)
Theo nguyªn lÝ Le Chatelier th× nÕu nång ®é c¸c chÊt s¶n phÈm lín th× c©n
b»ng bÞ dÞch chuyÓn vÒ phÝa c¸c chÊt tham gia ph¶n øng. V× thÕ CaCO3 cã thÓ b¾t
®Çu ph©n hñy ë g©n 7000C trong kh«ng khÝ (chØ chøa mét l−îng nhá CO2), nh−ng
trong khÝ quyÓn cã ¸p suÊt CO2 b»ng 1atm th× ph¶n øng ph©n hñy kh«ng thÓ diÔn ra
®−îc cho ®Õn khi nhiÖt ®é ®¹t trªn 9000C (H×nh 3). H× H n × h n h 3. 3 . ¶n ¶ h n h h−ën ë g n g cñ c a ñ a ¸p ¸ p su s Ê u t Ê t ri r ª i n ª g n g phÇ h n Ç n cñ c a ñ C O C ®Õ ® n n ® −ên ê g n g c o c n o g n g T G T G k h k i h in u n n u g n g C a C C a O C 2 ®Õ ® ® O 2 3 ví v i í i tè t c è c ®é ® é 10C/ C ph p ó h t ó :t : (1 ( ) 1 ) 1. 1 0 . a 0 tm t m N2; (2 ( ) 2 ) 0. 0 1 . a 1 t a m t m CO C ; ;(3 ( ) 3 ) 0. 0 3 . a 3 t a m t m CO C ; (4) 0.5atm CO C ; ; 2 O ; (4) 0.5atm CO C 2 2 2 (5 ( ) 5 ) 0 . 0 7 . a 7 t a m m C O C ; ;( 6 ( ) 6 ) 1 . 1 0 . a 0 t a m t m C O C ; ; 2 O 2 2
Mét sè mÉu khi ph©n hñy ra chÊt Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 9 9 Bé B é m « m n « n H ã H a ã a h ä h c ä c V « V « c ¬ c ¬
khÝ sÏ t¹o ra “khÝ quyÓn tù sinh”, ®iÒu nµy sÏ ¶nh h−ëng râ rÖt ®Õn c©n b»ng, ®éng
häc vµ sù trao ®æi nhiÖt cña thÝ nghiÖm. Do vËy khi ®o nªn chän ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn
®éng, cã nghÜa lµ dßng khÝ ®−îc thæi liªn tôc vµo thiÕt bÞ víi tèc ®é kh«ng ®æi ®Ó
®uæi bít s¶n phÈm khÝ ph©n hñy tõ mÉu ra ngoµi (gi÷ cho thµnh phÇn khÝ quyÓn
nung t−¬ng ®èi æn ®Þnh). 3.5. Khèi l−îng mÉu.
Khèi l−îng mÉu còng t¸c ®éng ®Õn kÕt qu¶ ®o. NÕu l−îng mÉu qu¸ nhá, d−íi
1µg ch¼ng h¹n, th× tÝn hiÖu thu ®−îc qóa nhá vµ khi ®ã cã lÏ mçi tinh thÓ sÏ ph¶n
øng ë nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau sinh ra nhiÒu peak (hoÆc peak bÞ chÎ ra thµnh
nhiÒu ®Ønh). L−îng mÉu lín sÏ cho tÝn hiÖu râ rµng h¬n, tuy nhiªn nÕu l−îng mÉu
qu¸ lín th× ®é ph©n gi¶i sÏ thÊp (®«i khi lµm cho mét vµi peak gÇn nhau kh«ng t¸ch
ra khái nhau hoµn toµn ®−îc). Nh×n chung nÕu hiÖu øng m¹nh th× ng−êi ta sö dông
l−îng mÉu nhá vµ ng−îc l¹i.
§©y lµ 5 yÕu tè ¶nh h−ëng quan träng nhÊt ®Õn bÊt k× mét phÐp ®o ph©n tÝch
nhiÖt nµo. Nh×n chung ng−êi göi mÉu cÇn ph¶i cung cÊp ®Çy ®ñ th«ng tin vÒ mÉu,
yªu cÇu ®o, kÕt hîp víi kinh nghiÖm cña ng−êi vËn hµnh thiÕt bÞ ®Ó thu ®−îc kÕt qu¶ tèt nhÊt. Bµ B i µ ig i g ¶ i n ¶ g n g c ¸c ¸ c P h P −¬n ¬ g n g p h p ¸ h p ¸ p p h p © h n t Ýtc Ý h c h n h n i h Ö i t Ö t Tr T a r n a g n g 1 0 1 0