Термические методы анализа

Среди большого количества различных методов анализа веществ и материалов важное место занимают термические методы анализа. В их основе лежат измерения свойств вещества в зависимости от температуры. С любым веществом при изменении температуры в довольно широких пределах всегда что-нибудь происходит. Будем для определенности говорить о нагреве веществ. При нагреве веществ могут происходить следующие процессы:

1) дегидратация (обезвоживание),

2) фазовые превращения (изменение структуры),

3) реакции разложения (необратимые химические превращения),

4) реакции диспропорционирования (обратимые химические превращения),

5) удаление кристаллизационной воды,

6) плавление,

7) сублимация (переход в газовую фазу без стадии плавления).

Все названные процессы происходят при определенных температурах с поглощением или выделением тепла. Первые называют эндотермическими, а вторые – экзотермическими. Изучение поведения веществ при плавном изменении температуры проводят на специальных приборах – пирометрах, дериватографах.

МЕТОД ДТА. Основным методом термического анализа является дифференциально термический анализ (ДТА). В данном методе измеряют разность температур D t между исследуемым веществом и термическим эталоном, которые помещают в специальную ампулу и нагревают. В качестве эталона используют обычно корунд a-Al₂O₃. Результатом эксперимента является кривая ДТА, которая представляет собой график зависимости D t от температуры эталона (20-1400°С). Если при нагреве в веществе нет термических превращений, а вещество и эталон идентичны по своим теплофизическим свойствам, то кривая ДТА будет просто прямой линией (D t = 0), которую называют нулевой линией. Если в веществе в каких-то интервалах температур происходят термические превращения, то на кривой ДТА будут регистрироваться отклонения от условного нулевого положения, которое называют базисной линией. Поясним сказанное на примере кривой ДТА минерала серпентина (см. рис.) На кривой ДТА серпентина при плавном нагреве наблюдается вначале два отклонения вниз, а затем одно отклонение вверх. Эти отклонения называют термическими эффектами. При эндотермических превращениях кривая отклоняется вниз, а при экзотермических – вверх. Соответственно эффекты обозначают значком (–) и (+). Заметим, что из-за различия теплофизических свойств вещества и эталона базисная линия не совпадает, как правило, с нулевой. Кривые ДТА для разных веществ (минералов) сильно различаются и являются своеобразными отпечатками пальцев веществ. Это позволяет, прежде всего, проводить их качественную идентификацию. Специалисты используют кривые ДТА для оценки количественного состава изучаемых объектов. С этой целью проводят геометрический анализ кривых нагревания – определяют температуры начала и максимума термического эффекта, площадь и высоту пика.ДРУГИЕ МЕТОДЫ. Наряду с ДТА обычно проводят термогравиметрический анализ (ТГА). Результатом этого анализа являются кривые изменения массы образца с температурой (ТГ) и ее первой производной (ДТГ). При помощи кривых ДТГ часто удается выявить более тонкие детали термических превращений, чем на кривых ТГ.