Termická analýza. Pavel Štarha. Katedra anorganické chemie Přírodovědecká fakulta Univerzita Palackého v Olomouci

Podobné dokumenty
Termická analýza. Pavel Štarha. Zdeněk Marušák. Katedra anorganické chemie Přírodovědecká fakulta Univerzita Palackého v Olomouci

Experimentální metody

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA ANORGANICKÉ CHEMIE TERMICKÁ ANALÝZA. Pavel Štarha, Zdeněk Trávníček

C5060 Metody chemického výzkumu

ÚVOD DO TERMICKÉ ANALÝZY

Úloha 8. Termická analýza

Metody termické analýzy

charakterizaci polymerů,, kopolymerů

02 Termogravimetrická analýza Thermogravimetric Analysis (TGA)

VODA 1. FYZIKÁLNÍ METODY. Charakteristické vlastnosti vody využívané v analytických metodách. chemická reaktivita. těkavost, rozpouštěcí schopnost

Sol gel metody, 3. část

3. Termická analýza. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

APLIKACE METOD TERMICKÉ ANALÝZY VE VÝZKUMU PYROLÝZY BIOMASY

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Termochemie. Katedra materiálového inženýrství a chemie A Ing. Martin Keppert Ph.D.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Analytické laboratoře výzkumu a vývoje aktivních farmaceutických substancí (API) generické farmaceutické firmy. Aleš Gavenda

POUŽITÍ TERMICKÉ ANALÝZY PŘI STUDIU KRYSTALICKÝCH LÁTEK A SKEL

Možnosti využití termické analýzy v oblasti stavebních materiálů

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

5.0 ZJIŠŤOVÁNÍ FÁZOVÝCH PŘEMĚN

5. Isotermická kalorimetrická analýza. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

SHRNUTÍ A ZÁKLADNÍ POJMY chemie 8.ročník ZŠ

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Metody termické analýzy. 4. Diferenční termická analýza (DTA) a diferenční scanovací kalorimetrie (DSC)

Metody termické analýzy. 3. Termické metody všeobecně. Uspořádání experimentů.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

SHRNUTÍ A ZÁKLADNÍ POJMY UČEBNICE ZÁKLADY CHEMIE 1

Diferenční termická analýza a její využití v elektrotechnologické diagnostice

4. Termická analýza. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby

E ŘEŠENÍ KONTROLNÍHO TESTU ŠKOLNÍHO KOLA

POVRCHY A JEJICH DEGRADACE

Speciální analytické metody pro léčiva

KOMPLEXNÍ EXPERIMENTÁLNÍ PŘÍSTUP PŘI VÝZKUMU PYROLÝZY BIOMASY

Termická analýza. Tyto studijní materiály vznikly v rámci projektu grantového projektu FRVŠ 737/2012 typ A/a

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

Chemie povrchů verze 2013

Amorfní a krystalické polymery, termické analýzy DSC, TGA,TMA

VLASTNOSTI VLÁKEN. 3. Tepelné vlastnosti vláken

VYUŽITÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY PRO STUDIUM TEPLOT FÁZOVÝCH PŘEMĚN REÁLNÝCH JAKOSTÍ OCELÍ VE VYSOKOTEPLOTNÍ OBLASTI

Krása fázových diagramů jak je sestrojit a číst Silvie Mašková

na stabilitu adsorbovaného komplexu

6. Isotermická kalorimetrická analýza. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

ZPŘESNĚNÍ TEPLOT SOLIDU A LIKVIDU U LOŽISKOVÉ OCELI POMOCÍ METOD VYSOKOTEPLOTNÍ TERMICKÉ ANALÝZY

Termická analýza, kalorimetrie, analýza tepelně-fyzikálních vlastností.

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

Pevná fáze ve farmacii

Principy chemických snímačů

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Název školy: SPŠ Ústí nad Labem, středisko Resslova

Vyjmenujte tři základní stavební částice látek: a) b) c)

HOŘLAVOST A MECHANICKÉ VLASNOTSTI NANOKOMPOZITŮ EVA/Mg(OH) 2

Úprava vlastností zemin vápnem a volné vápno obsahujícími produkty

energetického využití odpadů, odstraňování produktů energetického využití odpadů, hodnocení dopadů těchto technologií na prostředí.

Inženýrství speciálních materiálů

Chemie. 8. ročník. Úvod do chemie. historie a význam chemie

ODŮVODNĚNÍ VEŘEJNÉ ZAKÁZKY. Dodávka systému pro simultánní termickou analýzu (TG/DTA/DSC)

Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip

Profilová část maturitní zkoušky 2017/2018

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Konstrukce a interpretace fázových diagramů

Požadavky na vzorek u zkoušek OVV a OPTE (zkoušky č. 37, 39-75)

T0 Teplo a jeho měření

Tepelné rozklady železo obsahujících sloučenin pohledem Mössbauerovy spektroskopie

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Pevné lékové formy. Vlastnosti pevných látek. Charakterizace pevných látek ke zlepšení vlastností je vhodné využít materiálové inženýrství

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE DIPLOMOVÁ PRÁCE

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů

Termochemie se zabývá tepelným zabarvením chemických reakcí Vychází z 1. termodynamického zákona. U změna vnitřní energie Q teplo W práce

Obsah Chemická reakce... 2 PL:

VLIV RYCHLOSTI OHŘEVU A OCHLAZOVÁNÍ NA TEPLOTY FÁZOVÝCH TRANSFORMACÍ NIKLOVÉ SUPERSLITY IN 738LC

Nanomateriály a jejich charakterizace (2+0), navazující Mrg. 1 roč. ZS, CN349, Čt 9-11

Masarykova střední škola zemědělská a Vyšší odborná škola, Opava, příspěvková organizace

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Základy NIR spektrometrie a její praktické využití

ANALÝZA LEHKÝCH PRVKŮ N,O,H FÚZÍ V INERTNÍM PLYNU A POMOCÍ OPTICKÉ EMISNÍ SPEKTROSKOPIE. Zdeněk WEISS, Pavel NOVÁK

Směsi, roztoky. Disperzní soustavy, roztoky, koncentrace

Ch - Rozlišování látek

Mol. fyz. a termodynamika

VYUŽITÍ AKTIVÁTORŮ ABSORPCE MIKROVLNNÉHO ZÁŘENÍ PŘI TERMICKÉ DESORPCI

Chemie - tercie. Vazby a přesahy v RVP Mezipředmětové vztahy Průřezová témata. Očekávané výstupy z RVP Školní výstupy Učivo (U)

Rentgenová difrakce a spektrometrie

5. Nekovy sı ra. 1) Obecná charakteristika nekovů. 2) Síra a její vlastnosti

Identifikace zkušebního postupu/metody

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Metody pro studium pevných látek

Kyslík a vodík. Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, asi 14krát lehčí než vzduch. Běžně tvoří molekuly H2. hydridy (např.

Sada 7 Název souboru Ročník Předmět Formát Název výukového materiálu Anotace

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Superkritická fluidní extrakce (SFE) Superkritická fluidní extrakce

Digitální učební materiál

VYUŽITÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY VE VÝZKUMU A VÝVOJI LÉČIV

1. PROCES A PODMÍNKY HOŘENÍ, HOŘLAVÉ LÁTKY

Předmět: Chemie Ročník: 8.

Transkript:

Termická analýza Pavel Štarha Katedra anorganické chemie Přírodovědecká fakulta Univerzita Palackého v Olomouci E-mail: pavel.starha@upol.cz http://agch.upol.cz

01/27 1. část: Rozdělení metod termické analýzy Princip a využití základních metod termické analýzy Termická analýza ve spojení s jinými metodami studia látek 2. část: Termická analýza koordinační sloučeniny Termická analýza nanomateriály

03/27 Historie termické analýzy 1887 - Le Chateliér publikoval výzkum jílových hornin heating curve metodou Tammann - obdobný výzkum, termín Termická analýza poč. 20. st. - heating curve metoda diferenční termická analýza (DTA) přidáním inertního vzorku 1915 - termováhy (Honda) 1962 - diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) rozvoj termické analýzy souvisí s rozvojem automatizací kontroly měření registrace dat

04/27 Termická analýza je: soubor experimentálních metod studujících fyzikálně-chemické vlastnosti látek a jejich změny v závislosti na teplotě soubor experimentálních metod studujících složení a fyzikálněchemické vlastnosti látek a/nebo jejich produktů a jejich změny v závislosti na definovaném teplotním programu, jejichž výsledky jsou zaznamenávány společně s teplotou FTIR TG-EGA(FTIR)

05/27 Metoda termické analýzy Studovaná vlastnost Termogravimetrie (TG) hmotnost Diferenční termická analýza (DTA) teplota Diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) teplo (entalpie) Termomechanická analýza (TMA) rozměr (deformace, zátěž) Dilatometrická termická analýza rozměr Dielektrická termická analýza dielektrická konstanta Termooptická analýza (TOA) optické vlastnosti Magnetická termická analýza magnetické vlastnosti Termomagnetometrie magnetismus Termoelektrometrie elektrické vlastnosti Emanační termická analýza analýza uvolněných sytících plynů Analýza uvolněných plynů (EGA) analýza plynných produktů rozkladu

06/27 Termická analýza - experiment vzorek v kelímku v pícce termického analyzátoru volba: skupenství vzorku: pevné, kapalné materiál kelímku: platinový, hliníkový, keramický, korundový atd. pec: elektrická navážka vzorku - desetiny až stovky miligramů semimikro-termováhy - rozlišení 10,0 µg mikro-termováhy - rozlišení 1,0 µg ultramikro-termováhy - rozlišení 0,1 µg teplotní program pecní atmosféra statická dynamická (definovanou rychlostí proudí píckou plyn - technický vzduch, dusík, argon, kyslík, vodík atd.) termický analyzátor spojen s počítačem registrujícím naměřené hodnoty studované vlastnosti v závislosti na teplotě

07/27 00000 Termogram

08/27 00000 Kalibrace termického analyzátoru TG DTA

09/27 Termogravimetrie (TG) základní metoda termické analýzy studuje hmotnost resp. změny hmotnosti v závislosti na teplotě ve většině případů na lineárně rostoucí teplotě izotermální experimenty sample controlled heating rate (SCTA) experiment: vzorek v kelímku umístěn na termováhy v pícce termického analyzátoru volba: navážka vzorku teplotní program pecní atmosféra a průtok

10/27 Termogravimetrická křivka (TG křivka) TG křivka: oblast změn hmotnosti (úbytek nebo nárůst) oblast beze změn hmotnosti (oblast termické stability, plato) dílčí hmotnostní úbytek celkový hmotnostní úbytek význam: určení dílčích a celkového hmotnostního úbytku termického rozkladu obsah solvátomolekul (krystalově vázaných molekul vody nebo jiných rozpouštědel) určení procentového obsahu anorganických částí studovaných molekul nepřímé určení molekulové hmotnosti určení teploty rozkladu látek (např. polymerů) studium reakční kinetiky jednotlivých dějů teplotního rozkladu

11/27 Termogravimetrická křivka (TG křivka) CuSO4 5H2O CuSO4 H2O CuSO4 5H2O exper.: 28.7% teor.: 28.9% CuSO4 H2O CuSO4 CuSO4 H2O CuSO4 exper.: 7.5% teor.: 7.2% CuO CuSO4 CuO exper.: 32.2% teor.: 32.1% CuSO4 5H2O CuO

12/27 00000 Vliv podmínek analýzy na tvar TG křivek navážka a geometrie vzorku teplotní program - gradient teploty pecní atmosféra velikost částic Teplotní program Úprava vzorku

13/27 Děje pozorovatelné na TG křivce ztráta krystalově vázaných molekul vody a jiných rozpouštědel (a) vypařování těkavých složek, sublimace (a) sušení (a) desorpce a adsorpce plynů oxidace kovů oxidační rozklad organických částí molekul na vzduchu kyslíku (a) termický rozklad v inertní atmosféře heterogenní chemické reakce (hydrogenace, dekarboxylace, kondenzační reakce) ferromagnetické materiály - změna magnetických vlastností (nutný magnet u vzorku; c d)

14/27 TG křivka vybraných dějů a) b) c) d) e) termický rozklad za vzniku těkavých produktů oxidace kovů (vznik netěkavých oxidů) termický rozklad sazí v různých atmosférách vícekrokový termický rozklad explosivní rozklad se zpětným efektem

15/27 Derivační termogravimetrie (DTG) zjišťujeme jako první derivaci TG křivky závislosti hmotnosti na teplotě doplňuje informaci z TG křivky jiný tvar než TG křivka nejsou zde oblasti hmotnostních změn a plata je tvořena: píky = dochází ke změně hmotnosti oblasti nulové hodnoty = nedochází ke změně hmotnosti význam: přesnější určení počátků a konců jednotlivých dějů v rámci termického rozkladu

16/27 Diferenční termická analýza (DTA) základní metoda termické analýzy studuje rozdíl teploty mezi studovaným vzorkem a inertním materiálem v rámci stejného teplotního programu v závislosti na teplotě experiment: vzorek v kelímku je umístěn na termočlánek v pícce termického analyzátoru společně s termicky inertním materiálem (Al2O3) umístěným v jiném kelímku na jiném termočlánku volba: navážka vzorku teplotní program pecní atmosféra simultání TG/DTA analýza termováhy (pro TG) jsou vybaveny termočlánkem (pro DTA)

17/27 DTA křivka exotermické efekty (exoefekty) oxidace (např. hoření) krystalizace reakce v pevné fázi endotermické efekty (endoefekty) desolvatace (např. dehydratace) termický rozklad tání rozpouštění změna modifikací polymorfní přeměny TG a DTA křivky termického rozkladu Ca(C2O4) H2O plocha ohraničená DTA křivkou = reakční teplo daného děje

18/27 1: Ca(C2O4) H2O Ca(C2O4) + H2O 1 - dehydratace 2 - termický rozklad + oxidace 3 - termický rozklad TG: exper.: 12.4%; teor.: 12.6% DTG: 109.1-175.3 C (maximum: 159.8 C) DTA: endoefekt (minimum: 159.8 C) 2: Ca(C2O4) CaCO3 + CO(CO + O2 TG: exper.: 19.1%; teor.: 18.9% CO2) DTG: 368.4-480.7 C (maximum: 456.7 C) DTA: exoefekt (maximum: 456.7 C) 3: CaCO3 CaO + CO2 TG: exper.: 30.1%; teor.: 29.8% DTG: 588.1-708.1 C (maximum: 692.5 C) DTA: endoefekt (minimum: 696.9 C)

19/27 00000 Vliv podmínek analýzy na tvar DTA křivek Úprava vzorku Atmosféra CaC2O4 CaCO3 + CO

20/27 Diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) základní metoda termické analýzy studuje množství energie (tepla) potřebné pro udržení totožné teploty studovaného vzorku a inertního standardu v rámci stejného teplotního programu v závislosti na teplotě experiment: vzorek v kelímku je umístěn na termočlánek v kalorimetrické cele skenovacího kalorimetru společně s termicky inertním materiálem (Al2O3) umístěným v jiném kelímku na jiném termočlánku exotermický děj zpomalí se zahřívání studovaného vzorku endotermický děj zrychlí se zahřívání studovaného vzorku volba: navážka vzorku teplotní program pecní atmosféra

21/27 DSC křivka DSC křivka (podobná DTA křivce) obě metody - obdobné informace exotermické děje exoefekty endotermické děje endoefekty DSC je přesnější nevýhoda DSC - běžné měření "pouze" do 400 C (moderní přístroje až do 700 C) Využití: viz DTA studium oxidační stability stanovení teploty tání a tuhnutí chemický a farmaceutický průmysl hodnocení kvality polymerů, léčiv atd. TG, DTA a DSC křivky termického rozkladu [Pt(ox)(L)2] 4H2O

22/27 Termická analýza ve spojení s jinými metodami EGD, EGA TG, DTA nebo DSC spojeny s detektorem (EGD) nebo analyzátorem (EGA) vzniklých plynů EGD - vzniklý plyn veden do detektoru tepelné vodivosti detekce plynu EGA - vzniklý plyn veden do: plynového chromatografu (GC) hmotnostního spektrometru (MS) infračerveného spektrometru (IR) lepší popis probíhajících dějů termického rozkladu studium meziproduktů a finálních produktů termického rozkladu prášková rentgenová strukturní analýza (XRD), IR spektroskopie atd.

23/27 TG-DTG-MS křivky termického rozkladu Ca(C2O4) H2O atmosféra: argon 2. krok: stopy CO2 vznikají disproporcionací CO TG-MS křivky termického rozkladu vybraného farmaceutika určení množství a typ nečistot (rozpouštědel) po syntéze a rekrystalizaci studované látky

24/27 TG-DTG-FTIR křivky termického rozkladu PVC 1. krok: (CH2 CHCl)n (CH=CH)n + nhcl 2. krok: (CH=CH)n benzen

25/27 Využití termické analýzy kovy a slitiny amorfní slitiny, vodík absorbující slitiny, tepelně odolné oceli a slitiny anorganické a keramické materiály hydratace dehydratace (anorganické sloučeniny, zeolity) tepelná kapacita, tepelná vodivost složení spinelů (např. pro baterie) organické sloučeniny a polymery tepelná stabilita polymerů, stárnutí, degradace složení a aditiva tekuté krystaly biomolekuly tepelná stabilita interakce protein DNA (anorganická sloučenina DNA) farmaceutika jídlo a složky potravy

26/27 Využití termické analýzy při studiu nanomateriálů magnetická (iron-oxide) nanočástice s navázanou kyselinou olejovou (OA; hydrofobní), na kterou je navázán kopolymer Pluronic F127 (hydrofilní) termogravimetrie - stanovení množství OA potřebného k pokrytí nanočástice a následně množství s ní asociovaného Plurinic F127

27/27 Použitá literatura M. Sorai: Comprehensive Book of Calorimetry & Thermal Analysis. Wiley, 2004 P. Gabbott: Principles and Applications of Thermal Analysis. Blackwell, 2008 T. Hatakeyama, Z. Liu: Handbook of Thermal Analysis. Wiley, 1998 T.K. Jain et al.: Molecular Pharmaceutics. 2 (2005) 194-205

Děkuji za pozornost