آنالیز حرارتی یکی از روش‌های اساسی در علوم مواد، شیمی و صنایع پیشرفته است. این روش به ما اجازه می‌دهد تا تأثیر دما و حرارت را بر خواص فیزیکی و شیمیایی مواد مختلف، از جمله ترکیبات شیمیایی، پلیمرها، سرامیک‌ها، آلیاژها، مواد معدنی، غذا و دارو بررسی کنیم.
با کمک این تکنیک‌ها، می‌توانیم:
- تغییرات وزن، حجم و شکل مواد را در دماهای مختلف بررسی کنیم.
- واکنش‌های گرمایی، مانند جذب یا آزاد شدن انرژی را اندازه‌گیری کنیم.
- پایداری حرارتی و دمای تجزیه مواد را تعیین کنیم.
تکنیک‌های آنالیز حرارتی برای تحقیقات علمی، کنترل کیفیت و توسعه محصولات صنعتی اهمیت ویژه‌ای دارند.
انواع تکنیک‌های آنالیز حرارتی
تکنیک‌های اصلی آنالیز حرارتی شامل موارد زیر هستند:
- گرماوزن‌سنجی (TGA): بررسی تغییرات وزن نمونه در اثر حرارت.
- تجزیه حرارتی تفاضلی (DTA): اندازه‌گیری اختلاف دما میان نمونه و مرجع.
- کالریمتری پویشی تفاضلی (DSC): ثبت حرارت جذب یا آزاد شده در واکنش‌های شیمیایی.
- تجزیه گرما مکانیکی (TMA): بررسی تغییرات ابعادی و مکانیکی مواد در اثر حرارت.
- تجزیه آزادسازی گاز (EGA): شناسایی ماهیت و مقدار گازهای آزاد شده در اثر حرارت.
- تجزیه گرمایی دینامیک-مکانیکی (DMTA): بررسی خواص مکانیکی مواد در دماهای متغیر و تحت بارگذاری مکانیکی.
این تکنیک‌ها می‌توانند به صورت مستقل یا ترکیبی استفاده شوند تا تصویری کامل از رفتار مواد در دماهای مختلف ارائه دهند.
تفاوت‌های TGA، DTA و DSC
سه تکنیک TGA، DTA و DSC مهم‌ترین روش‌های آنالیز حرارتی هستند و تفاوت آن‌ها در نوع داده‌ای است که جمع‌آوری می‌کنند:
|
تکنیک |
پارامتر اندازه‌گیری | کاربرد اصلی | حالت نمونه |
|
TGA |
تغییرات جرم نمونه |
بررسی پایداری حرارتی، واکنش‌های احتراقی و سرعت تبخیر |
پودر یا ذرات ریز |
|
DTA |
اختلاف دما بین نمونه و مرجع |
تحلیل حرارتی مواد معدنی، پلیمرها و مواد بیولوژیکی |
جامد |
| DSC | جریان حرارت | بررسی گرمای واکنش‌ها، انرژی جذب یا آزاد شده |
مایع یا محلول در حلال مشابه مرجع |
روش TGA (گرماوزن‌سنجی حرارتی)
TGA روشی است که تغییرات وزن نمونه را در طول افزایش یا کاهش دما اندازه‌گیری می‌کند. این تکنیک برای ارزیابی پایداری حرارتی مواد، بررسی ترکیبات فرار و واکنش‌های سوختی بسیار مناسب است.
ویژگی‌ها و کاربردها:
- اندازه‌گیری دقیق جرم: تغییر جرم نمونه در طول زمان و دما ثبت می‌شود.
- تعیین پایداری حرارتی: میزان تغییر جرم در دماهای مختلف نشان‌دهنده مقاومت ماده در برابر حرارت است.
- بررسی ترکیبات فرار: سرعت تبخیر و تجزیه مواد فرار را مشخص می‌کند.
- تعیین دمای خشک شدن: برای مواد غذایی و دارویی بسیار مفید است.
مواد قابل بررسی با TGA:
- فلزات و آلیاژها
- پلیمرها و پلاستیک‌ها
- سرامیک‌ها و شیشه
- مواد کامپوزیتی
مزیت: نیاز به نمونه کم و دقت بالای اندازه‌گیری تغییر جرم.
روش DTA (تجزیه حرارتی تفاضلی)
DTA اختلاف دما بین نمونه و یک مرجع خنثی را در طول برنامه حرارتی اندازه‌گیری می‌کند. این اختلاف دما می‌تواند نشان‌دهنده انتقال فازی، واکنش شیمیایی یا تغییرات حرارتی دیگر باشد.
ویژگی‌ها و کاربردها:
- حساسیت بالا و قابلیت تشخیص تغییرات حرارتی کوچک
- مناسب برای مواد معدنی، ترکیبات بیولوژیکی و پلیمرها
- کاربرد در داروسازی، صنایع غذایی و مواد بیولوژیکی
مزیت: ارائه اطلاعات دقیق از ویژگی‌های حرارتی نمونه نسبت به مرجع.
نمونه‌ها: جامدات با ترکیب یکنواخت و آماده‌سازی مشابه مرجع.
روش DSC (کالریمتری پویشی تفاضلی)
DSC میزان حرارت جذب یا آزاد شده توسط نمونه را در طول تغییرات دمایی ثبت می‌کند. این تکنیک برای بررسی واکنش‌های شیمیایی، تحلیل پروتئین‌ها، آنتی‌بادی‌ها و مواد فعال دارویی بسیار مناسب است.
ویژگی‌ها و کاربردها:
- ثبت نمودار حرارتی: انحراف از خط پایه نشان‌دهنده انتقال‌های اندوترمیک یا اگزوترمیک است.
- اندازه‌گیری گرمای واکنش: میزان انرژی جذب یا آزاد شده محاسبه می‌شود.
- نمونه‌های کم حجم: تنها مقادیر کمی از نمونه کافی است.
نمونه‌ها: مایعات یا محلول‌های حاوی نمونه در حلال مشابه محلول مرجع.
کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی
پلیمر و کامپوزیت
- بررسی دمای ذوب، تجزیه حرارتی و پایداری مواد پلاستیکی و لاستیکی
- تحلیل رفتار کامپوزیت‌ها در دماهای بالا
سرامیک و فلزات
- تعیین دمای انتقال فاز
- بررسی واکنش‌های حرارتی آلیاژها و مواد معدنی
صنایع داروسازی و غذایی
- بررسی پایداری حرارتی ترکیبات فعال
- تحلیل پروتئین‌ها، آنتی‌بادی‌ها و سایر مواد بیولوژیکی
تحقیقات شیمی و مواد
- تعیین گرمای واکنش و انرژی آزاد شده
- بررسی اثر دما بر واکنش‌های شیمیایی و ترکیبات خاص
جمع‌بندی
تکنیک‌های آنالیز حرارتی TGA، DTA و DSC ابزارهای قدرتمند برای بررسی رفتار حرارتی مواد هستند. با استفاده از این تکنیک‌ها می‌توان:
- تغییرات جرم، دما و جریان حرارت را اندازه‌گیری کرد
- واکنش‌های شیمیایی و فیزیکی مواد را بررسی نمود
- پایداری حرارتی و خواص فازی نمونه‌ها را تحلیل کرد
این تکنیک‌ها کاربرد گسترده‌ای در صنایع پلیمر، سرامیک، داروسازی، غذایی و تحقیقات شیمی دارند و ابزار کلیدی برای کنترل کیفیت، توسعه محصولات و تحقیقات علمی به شمار می‌روند.
برای خرید دستگاه آنالیز حرارتی و یا دریافت مشاوره با متخصصان ما در شرکت طیف‌سنج کیمیا در تماس باشید.
021-88195304