Slide Các phương pháp phân tích nhiệt trong hóa dầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA DẦU KHÍ
BÀI THUYẾT TRÌNH

Đề tài: Phân tích nhiệt

Giảng viên hướng dẫn: PGS- TS BÙI THỊ LỆ THỦY
Nhóm thực hiện: Sói ngây thơ


I. Phương pháp phân tích nhiệt là gì?


Phân tích nhiệt là phương pháp phân tích mà trong đó các tính chất vật lý cũng như hóa học của mẫu được đo một cách
liên tục như những hàm của nhiệt độ, nhiệt độ ở đây thay đổi có quy luật được định sẵn ( thông thường thay đổituyến tính
theo thời gian ). Trên cơ sở lý thuyết về nhiệt động, từ sự thay đổi các tính chất đó ta có thể xác định được các thơng số u
cầu của việc phân tích.

Các tính chất được xác định bao gồm: nhiệt độ chuyển pha, khối lượng mất đi, năng lượng chuyển pha, biến đổi về kích
thước, ứng suất, tính chất nhờn, đàn hồi.


Có  rất  nhiều  phương  pháp  phân  tích  nhiệt  khác  nhau,  nhưng trong khn khổ này thì ta chỉ tìm hiểu ba
phương pháp chính xác sau:
* Phân tích nhiệt vi sai (DTA).
* Quét nhiệt vi sai (DSC).
* Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)


II. Cơ sở lý thuyết vật lý của phương pháp đo nhiệt

Bản chất của kỹ thuật phân tích nhiệt là dựa trên nguyên lý về nhiệt động học. Có thể nói nhiệt là một trong
những tham số cơ bản nhất của vật lý học. Chính sự thay đổi về nhiệt độ kéo theo sự theo một loạt các đại lượng
khác cũng thay đổi theo như năng lượng chuyển pha, độ nhớt, độ đàn hồi, entropy, entanpy,....

Thông thường vật chất tồn tại ở ba trạng thái : rắn, lỏng, khí. Sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái
khác của vật chất kèm theo sự hấp thụ hoặc tỏa nhiệt là hiện tượng chuyển pha, đây là một hiện tượng rất quan trọng
trong nhiệt động học, khi xảy ra hiện tượng chuyển pha thì áp suất xác định giữa hai pha liên quan được xác định là
bằng nhau. Giá trị áp suất này phụ thuộc vào nhiệt độ, tại một nhiệt độ xác định thì duy nhất một điểm áp suất mà
hai pha cùng tồn tại.


Các q trình chuyển pha :
* Nóng chảy
* Sơi
* Thăng hoa
* Bay hơi
* Chuyển hóa đa hình
* Chuyển từ vơ định hình thành tinh thể
* Sự phân hủy dung dịch rắn
* Sự lớn lên của tinh thể

=> Bởi thế , nhiệt độ là một yếu tố trự tiếp ảnh hưởng đến năng lượng chuyển pha.


III.
Phân tích nhiệt vi sai(DTA)

1. Cơ sở của phương pháp
* DTA ( Diferential Thermal Analysis ) : là phương pháp phân tích nhiệt dựa trên việc thay đổi nhiệt dộ
của mẫu đo và mẫu chuẩn được xem như là một hàm của nhiệt độ mẫu.

* Những tính chất của mẫu chuẩn là hồn tồn xác định, một yêu cầu về mẫu chuẩn là nó phải trơ về
mặt nhiệt độ.

* Đối với mẫu đo thì ln xảy ra một trong hai q trình giải phóng hoặc hấp thụ nhiệt khi gia tăng
nhiệt độ của hệ, ứng với mỗi q trình này sẽ có một trạng thái chuyển pha tương ứng . dấu của năng lượng
chuyển pha sẽ đặc trưng cho quá trình hấp thụ hay giải phóng nhiệt, đồng thời ta cũng xác định dược nhiệt độ
chuyển pha đó.


1. Cơ sở của phương pháp
* Mọi trạng thái chuyển pha của mẫu đo sẽ là kết quả của quá trình giải phóng hoặc thu nhiệt bởi mẫu ,
điều này sẽ tương đương với đạo hàm của nhiệt độ được xác định từ mẫu chuẩn.

* Khoảng thay đổi nhiệt độ vi phân ( T) đối với nhiệt độ điều kiện T mà tại đó tồn bộ hệ thay đổi sẽ
cho phép phân tích nhiệt độ chuyển pha và xác định đây là quá trình chuyển pha tỏa nhiệt hay thu nhiệt .


2. Tính năng của phương pháp
Phương pháp này cung cấp cho chúng ta những thơng tin về:
 
* Phân biệt các nhiệt độ đặc trưng.
* Chuyển pha thuỷ tinh.
* Hành vi kết tinh và nóng chảy của vật liệu.
* Nhiệt độ kết tinh và nóng chẩy.
* Độ tinh khiết.
* Tính đa hình.

* Độ ổn định nhiệt.
* ....
=> Từ những thơng tin về vị trí, số liệu, hình dạng của các đường nhiệt ta có thể xác định được các
thành phần khối lượng của mẫu đo.


IV.
Quét nhiệt vi sai (DSC)


1. Cơ sở của phương pháp
* DSC là phương pháp phân tích nhiệt mà ở đó độ chênh lệch về nhiệt độ giữa hai mẫu chuẩn và mẫu
nghiên cứu luôn được duy trì bằng khơng.

* Người ta sẽ xác định entanpy của các quá trình này bằng cách xác định lưu lượng nhiệt vi sai cần để
duy trì mẫu vật liệu và mẫu chuẩn trơ ở cùng nhiệt độ.

* Nhiệt độ này thường được lập trình để quét một khoảng nhiệt độ bằng cách tăng tuyến tính ở một tốc
độ định trước. Ta sẽ xác định được năng lượng đó thơng qua tính điện tích giới hạn bởi đồ thị mà chúng ta
thu được.


2. Tính năng của phương pháp
Cho chúng ta những thơng tin về sự chuyển pha của vật chất

* Nóng chảy
* Kết tinh
* Thủy tinh hóa
* Nhiệt của phản ứng hóa học của polymer
* Xác định nhiệt dung, độ phát xạ nhiệt,và độ tinh khiết của mẫu rắn.

V. Phân tích
nhiệt trọng lượng (TGA)


1. Cơ sở của phương pháp
* TGA là phương pháp dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu vật chất bị mất đi ( hoặc nhận vào )
trong quá trình chuyển pha như là một hàm của nhiệt độ.
* Khi vật chất bị nung nóng khối lượng của chúng sẽ bị mất đi từ các quá trình đơn giản như bay hơi
hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí.
* Một số vật liệu nhận được khối lượng do chúng phản ứng với khơng khí trong mơi trường kiểm tra.
Phép đo TGA nhằm xác định :
- Khối lượng bị mất trong quá trình chuyển pha.
- Khối lượng bị mất theo thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc phân ly.


1. Cơ sở của phương pháp
* Đường phổ TGA đặc trưng cho một hợp chất hoặc một hệ do thứ tự của các phản ứng hóa học xuất
hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàm của cấu trúc phân tử

* Sự thay đổi của khối lượng là kết quả của quá trình đứt gãy hoặc sự hình thành vơ số các lien kết vật
lý và hóa học tại một nhiệt độ gia tăng dẫn đến sự bay hơi của các sản phẩm hoặc tạo thành các sản phẩm
nặng hơn.

* Nhiệt độ sử dụng bình thường khoảng 12000C. Mơi trường sử dụng là mơi trường khí trơ hoặc khí
tích cực.


2. Tính năng của phương pháp

* Các q trình diễn ra trong phương pháp phân tích này thong thường là bay hơi, hủy cấu trúc, phân
hủy cacbonat, oxihoa sulphua, tái hydrat hóa … Đó là các q trình tạo nên những đứt gãy hoặc hình thành
nên các lien kết vật lý, hóa học xảy ra trong mẫu chất.

* Đây là phương pháp phân tích khối lượng nên những thơng tin ta nhận được rất tốt cho việc :
- Xác định thành phần khối lượng các chất có trong một mẫu chất nào đó.
- Xác định thành phần độ ẩm, thành phần dung môi, chất phụ gia của một loại vật liệu nào
đó.