Тенденции развития приборов для термического анализа и калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments

Тенденции развития
приборов 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 сенсором
qsam
Rs Rr
qs qr
Cs Cr
Tr
T
0
Ts
Rp Rp
mprcpan
Tps Tpr
Rs Rr
qs qr
Cs Cr
Tr
0
Ts
Rp Rp
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
HeatFlow(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
HeatFlow(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(Cp)
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
dH
f
С 𝑝 = теплоемкость
= удельная теплоемкость × масса
𝑑𝐻
𝑑𝑡
= тепловой поток
𝑑𝑇
𝑑𝑡
= скорость нагрева 𝑓 𝑇, 𝑡 = кинетическийфактор

Тепловой поток
t)(T,
dt
dT
Cp
dt
dH
f
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 seconds
Ramp 4.00 °C/min to 290.00 °C
52
54
56
58
60
62
ModulatedTemperature(°C)
52
54
56
58
60
62
Temperature(°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
ModulatedTemperature(°C)
54.5
55.0
55.5
56.0
56.5
57.0
Temperature(°C)
13.70 13.75 13.80 13.85 13.90 13.95 14.00 14.05
Time (min)
Модулированная
температура
Средняя температура

Polycarbonate 7.92mg
MDSC 1/60@3°C/min
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
NonrevHeatFlow(mW)
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
RevHeatFlow(mW)
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3HeatFlow(mW)
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
Необр.тепловойпоток(W/g)
-0.2000
-0.1625
-0.1250
-0.0875
-0.0500
-0.0125
0.0250
0.0625
0.1000
Обр.тепловойпоток(W/g)
-0.2375
-0.2000
-0.1625
-0.1250
-0.0875
-0.0500
-0.0125
0.0250
Тепловойпоток(W/g)
-40 -20 0 20 40 60 80
Температура (°C)Экзо вверх Universal V4.5A TA Instruments

Плавление - SFI
20.00°C
18.05%
32.50°C
0.6041%
40.00°C
0.01573%
20
40
60
80Процентплощади(%)
-0.16
-0.14
-0.12
-0.10
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
Обр.тепловойпоток(W/g)
-40 -20 0 20 40 60 80
Температура (°C)Экзо вверх Universal V4.5A TA Instruments

Определение теплоемкости

Совместимость компонентов

Термогравиметрические анализаторы
 Discovery TGA 5500

Конструкция ТГА
Вертикальный дизайн

Конструкция ТГА
Горизонтальный дизайн

Печь ТГА
Вход газа
Выход газа
Кожух
Термопара
Тигель
Печь

Печь ТГА
Тигель
Абсорбер SiC
Термопара
Тепловой кран
Нагреваемый адаптер EGAКварцевая труба

Измерение температуры

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/min
Normal
Ramp
20°C/min
Normal
Ramp
Resolution
Setting 876 543 21
Смесь 50/50 KHCO3/NaHCO3
продувка воздухом

Сравнение методов
110
-10
10
30
50
70
90
200 300 400 500 600
Temperature (°C)
Weight(%)
--- 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
Модулированнаятемпература(°C)
70
80
90
100
Вес(%)
160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Температура (°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)
ActivationEnergy(kJ/mol)
[]Weight(%)
Политетрафторэтилен

Программное обеспечение
Работает 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 и калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (11)

Similar to Тенденции развития приборов для термического анализа и калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments

Similar to Тенденции развития приборов для термического анализа и калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments (20)

Тенденции развития приборов для термического анализа и калориметрии на примере оборудования компании TA Instruments