Tiểu luận môn động học xúc tác các phương pháp phân tích nhiệt

Các phương pháp phân tích nhiệt

Sinh viên

NguyễN Thị Khuyên
Nguyễn Văn Tùng

Phạm công dũng
Lê năng đạt


MỤC LỤC
I, Phương pháp phân tích nhiệt là gì?
II, Phân tích nhiệt vi sai ( DTA)
III, Quét nhiệt vi sai (DSC)
IV, Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)


I: phương pháp phân tích nhiệt là gì?

Là phương pháp phân tích mà trong đó các tính chất vật lý
cũng như hoá học của mẫu được đo một cách liên tục như
những hàm của nhiệt độ.

 Nhiệt độ ở đây thay đổi theo quy luật định sẵn
( thông thương thay đổi tuyến tính theo thời gian) trên
cơ sở thay đổi lý thuyết thay đổi về nhiệt động học,
từ sự thay đổi các tính chất đó ta có thể xác định được
các thông số yêu cầu của việc phân tích.

Kết quả xác định của phép phân tích
 Nhiệt độ chuyển pha
 Khối lượng mất đi
 Năng lượng chuyển pha
 Biến đổi về kích thước
 Ứng suất
 Tính chất nhờn, đàn hồi
Thông tin mà phương pháp mang lại rất
quan trọng đối với việc nghiên cứu và phát
triển 1 loại sản phẩm


Các phương pháp phân tích nhiệt chính
Nhiệt vi sai (Phân tích DTA)

Quét nhiệt vi sai (DSC)

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).


II. Phân tích nhiệt vi sai (DTA)
1. Cơ sở của phương pháp
DTA (differential thermal analysis ): Là phương pháp phân tích nhiệt dựa trên việc
.
thay đổi nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn được xem như là một hàm của nhiệt độ .
Những tính chất của mẫu chuẩn là hoàn toàn xác định, một yêu cầu về mẫu chuẩn là
.
nó phải trơ về nhiệt độ.
Đối với mẫu đo thì luôn xảy ra một trong hai quá trình giải phóng và hấp thụ nhiệt khi
.

ta tăng nhiệt độ của hệ, ứng với mỗi quá trình này sẽ có một trạng thái chuyển pha
tương ứng.
Khoảng thay đổi nhiệt độ vi phân ( deltaT) đối với nhiệt độ điều khiển T mà tại đó
.
toàn 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.


II. Phân tích nhiệt vi sai (DTA)
2. Tính năng của phương pháp
Phân biệt các nhiệt độ đặc trưng

Hành vi kết tinh và nóng chảy của vật liệu
Nhiệt độ kết tinh và nóng chảy.
Độ tinh khiết.
Tính đa hình.
Độ ổn định nhiệt.
Từ những thông tin về vì trí, số liệu, hình dạng của các đường nhiệt ta
có thể xác định được thành phần khối lượng của mẫu đo.


II. Phân tích nhiệt vi sai (DTA)
NGUYÊN LÝ ĐO DTA
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

Hình 1: Sơ đồ đo đường DTA và đường DTA

Nguyên lý kết hợp ghi DTA và T

1. Lò điện

2. mẫu nghiên cứu

4. cặp pin nhiệt điện vi sai

5. Đường nhiệt độ mẫu nghiên cứu

6. đường DTA

3. Mẫu chuẩn


II. Phân tích nhiệt vi sai (DTA)
4. THIẾT BỊ ĐO
• Một hệ đo DTA có các bộ phận chủ yếu sau:
Hai giá giữ mẫu bao gồm cặp nhiệt, bộ phận chứa mẫu
Một lò nhiệt
Một thiết bị điều khiển nhiệt độ
Một hệ ghi kết quả đo


Sơ đồ hệ đo


Lò chứa mẫu có dạng đối xứng gồm hai buồng và có chứa

một cặp nhiệt. Mẫu đo được đặt trong một buồng và vật
liệu chuẩn ( α-Al2O3) được đặt trong buồng còn lại. Lò và
buồng chứa vật mẫu được tăng nhiệt độ tuyến tính, thường
là 5 đến 12oC bằng cách tăng điện áp qua sợi đốt thông
qua biến thế hoặc cặp nhiệt điện có điều khiển.

• Bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cao, vào khoảng 1000
lần, nhiễu thấp, có thể khuếch đại tín hiệu cỡ µV. Tín
hiệu ghi trên trục y của bộ ghi mili vôn kế.


DTA 551 EX

Macro DTA 551 REZ


Mẫu phân tích DTA- TGA
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

Mẫu có độ bền nhiệt cao, gần tới 300o mẫu bắt đầu bị phân hủy
và tới 400o bị phân hủy hoàn toàn


III. Quét nhIỆT vi sai (DSC)
1. Cơ sở của phương pháp
DSC ( Differential Thermal Analysis) là phương pháp phân tích nhiệt

mà ở đó độ chênh lệch về nhiệt độ ∆T giữa hai mẫu chuẩn và mẫu
nghiên cứu luôn được duy trì bằng không. Thay vào đó 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 ởmột tốc độ định trước. Ta sẽ xác định được
năng lượng đó thông qua tính diện tích giới hạn bởi đồ thị mà chúng ta
thu được.


III. Quét nhIỆT vi sai (DSC)
2. Tính năng của phương pháp

DSC cũng cho chúng ta những thông tin về sự chuyển pha của
vật chất. Trong những nghiên cứu về chuyển pha, người ta hay sử
dụng phương pháp này vì nó cho chúng ta những thông tin trực
tiếp về năng lượng chuyển pha.

Dụng cụ cũng có thể được dùng để xác định

nhiệt dung, độ phát

xạ nhiệt và độ tinh khiết của mẫu rắn.

DSC có thể đo được các hiện tượng chuyển pha: nóng chảy, kết
tinh, thủy tinh hóa hay nhiệt của phản ứng hóa học.


III. Quét nhiệt vi sai (DSC)
3. Thiết bị đo

Sơ đồ cung cấp nhiệt của DSC loại thông lượng nhiệt (a) và loại bổ chính
công suất (b)


III. Quét nhiệt vi sai (DSC)
3. Thiết bị đo
Khi xuất hiện sự chuyển pha trong mẫu lượng sẽ được thêm vào
hoặc mất đi trong mẫu nghiên cứu hoặc mẫu chuẩn để có thể
duy trì sự cân bằng nhiệt độ giữa các mẫu. Vì giá trị năng lượng
đưa vào tương ứng chính xác với giá trị năng lượng hấp thụ
hoặc giải phóng của sự chuyển pha nên năng lượng cân bằng
này sẽ được ghi lại và cung cấp kết quả đo trực tiếp cho năng
lượng chuyển pha.
Để đạt độ chính xác cao nhất về nhiệt trong phương pháp DSC
thì cặp nhiệt và mẫu chuẩn phải được thiết kế để không tiếp xúc
trực tiếp với mẫu


III. Quét nhiệt vi sai (DSC)
3. Thiết bị đo

• Trong phân tích DSC, có hai loại thiết bị chính là thông
lượng nhiệt (heat flux) và loại bổ chính công suất (power
compensation). Các bộ phận chính của DSC:

Giá giữ mẫu bao gồm cặp nhiệt, bộ phận chứa mẫu
Lò nhiệt
Thiết bị điều khiển nhiệt độ
Hệ ghi kết quả đo.

III. Quét nhiệt vi sai (DSC)
Một số thiết bị Đo
Máy phân tích nhiệt quét
vi sai DSC


giản đồ DTA, DSC điển hình

• ΔΤ =0 → đường nền
• ΔΤ ›0 → peak tỏa nhiệt,quay lên
• ΔΤ ‹0 → peak thu nhiệt,quay xuống


HIỆU ỨNG THU NHIỆT

Hiệu ứng thu nhiệt trên đường DSC và các đặc trưng của peak


 Các nhiệt độ trên peak được xác định như sau:
 Tim là nhiệt độ tại đó tín hiệu bắt đầu lệch khỏi đường
nền
 Teim còn gọi là nhiệt độ bắt đầu của hiệu ứng
(onset point) là giao điểm của đường nền
(nối điểm Tim và Tfm ) vói tiếp tuyến qua điểm uốn
 Tpm là nhiệt đọ tại đỉnh peak
 Tfim còn gọi là nhiệt độ kết thúc của hiệu ứng
(endset point) là giao điểm của đường nền
(nối điểm Tim và Tfm) với tiếp tuyến qua điểm uốn

 Tfm là nhiệt độ tại đó peak bắt đầu trở lại điểm uốn


Hiệu ứng tỏa nhiệt

Hiệu ứng tỏa nhiệt trên đường DSC và các đặc trưng của peak


 
Các nhiệt trên peak được xác định như sau

Tic là nhiệt độ tại đó tín hiệu lệch khỏi đường nền
Teic còn gọi là nhiệt độ bắt đầu của hiệu ứng là giao điểm của
đường nền ( nối điểm Tic và Tfc) và tiếp tuyến của nó tại điểm
uốn

Tpc là nhiệt đọ tại đỉnh peak
Tfic còn gọi là nhiệt độ kết thúc của hiệu ứng (endset point)
là giao điểm của đường nền ( nối điểm Tic và Tfc) với tiếp
tuyến qua điểm uốn

Tfc là nhiệt độ tại đó peak bắt đầu trở lại đường nền