Termal Analiz
Yöntemleri
Prof.Dr.Figen KAYA
Termal Analiz Yöntemleri
Termal Yöntemler:
Malzemelerin fiziksel özelliklerinin sıcaklığa bağlı
olarak sürekli olarak ölçüldüğü yöntemlerdir.
Ölçüm sırasında sıcaklık kontrol altında tutulur.
Sıcaklıktaki artışa bağlı olarak malzeme özelliklerinde
meydana gelen değişimler kaydedilir.






Termal analiz yöntemleri malzemenin içine veya dışına doğru ısıl
enerji akımı sonucunda malzemede meydana gelen değişimleri
belirler. Sıfır K derecede atomlar hareketsiz halde iken sıcaklığın
artışıyla kazandıkları enerji sayesinde atomlar hareketlenirler. Bu
hareketlilik sonunda bağlarda oluşan değişimlerle katıda bazı
değişimler meydana gelebilir. İnert atmosfer altında katı
malzemelerde meydana gelen değişimler;
Katı faz dönüşümleri
Camsı geçiş
Ergime
Süblimleşme ve
Termal bozunum reaksiyonlarıdır.
Yöntemler:
Termogravimetrik Analiz
(TG), Diferansiyel
Termal Gravimetri, (DTG),
Diferansiyel Termal Analiz (DTA),
Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC),
TG yönteminde sıcaklık artışına bağlı ağırlık kaybı
belirlenirken,
DTG yönteminde ağırlık kaybı zamana ve sıcaklığa bağlı
olarak belirlenerek ağırlık değişim hızı hesaplanır.
DSC ve DTA yöntemleri birbirine çok benzer ve enerji
değişimlerinin kantitatif ölçülmesi prensibine dayanır.
TG ve DTA kimya sektöründe özellikle polimerlerin
üretimi ve karakterizasyonunda uygulama alanı bulmuştur.
DSC ise malzemelerin termodinamik özelliklerinin
belirlenmesinde ve malzemelerin faz değişimleri ve reaktif
özelliklerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır.
Uygulandığı Malzemeler
 Metaller ve alaşımları,
 Seramikler
 Camlar,
 Polimerler,
 Çimento ve beton gibi yapı
malzemeleri,
 Mineraller,
 Biyolojik Malzemeler,
 İlaçlar,
 Tekstil ve fiberler
Belirlenen Özellikler:
 Termal sabitleri
 Faz dönüşümleri ve faz
dengesi
 Yapısal değişimler
 Termal kararlılık
 Termal ayrışmalar
 Kimyasal Reaktivite
 Termodinamik çalışmalar
 Kinetik çalışmalar
Egzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar
 Egzotermik:
Isı veren
 Endotermik: Isı Alan
Termal Dataların Belirlenmesi
ısı,
 Termal iletkenlik,
 Ergime ısısı,
 Ergime/katılaşma sıcaklıkları termal analizlerle belirlenir. Bu
amaçla daha çok DSC tekniği kullanılır.
 Termal genleşme malzemelerin en önemli özelliklerinden
biridir. Bunun için Dilatometre kullanılır.
 Spesifik
Yapısal Değişimlerin Belirlenmesi:
 Kristal
yapısında meydana gelen katı-katı dönüşümleri
(polimorfik dönüşümler) DTA/DSC yöntemi ile belirlenebilir.
 Sıcaklığa bağlı mikroyapısal dönüşümleri aynı zamanda
yüksek sıcaklık mikroskobu, ve kristal yapı dönüşümleri ise
yüksek sıcaklık XRD analizleri ile belirlenebilir.
Barutun DTA’sı
25- 200 oC arasındaki eksi yönlü eğim, kükürdün buharlaşma prosesini
gösterir. Aynı zamanda 108 °C’de rombik- monoklinik kristal yapı değişimi
(1), 116 °C’de kükürdün ergimesi (2), potasyum nitratın (KNO3) 133 °C’de
rombikten- trigonal yapıya dönüşümü (3) reaksiyonları görülebilir. 1,2 ve 3
nolu prosesler endotermik (numunenin ısı aldığı) oldukları için negatif yönlü
pikler olarak gözlemlenir. 235°C’de görülen egzotermik (ısı veren) reaksiyon
numunede kalan kükürdün, atmosferdeki O2 ile oksitlenme reaksiyonudur.
(4). 275- 350 °C (325°C piki)aralığında görülen diğer egzotermik reaksiyon
ise yapıdaki karbonun oksitlenmesidir(5). 330°C’de KNO3’ün ergimesi
endotermik reaksiyonudur (6). 350 -450°C’ de gözlenen geniş egzoterm ise
yapıda kalan karbonun KNO3 tarafından oksitlenmesi reaksiyonudur.
Isıl Kararlılık (Thermal Stability)
 Polimerik
malzemelerin karakterizasyonunda termal
yöntemler yaygın olarak kullanılırlar.
Isıl Ayrışma (Thermal Decomposition)
sülfat, nitrat veya hidrat yapılarındaki
malzemelerin
termal
ayrışma
davranışlarının
belirlenmesinde TG yaygın olarak kullanılır.
 Karbonat,
Kimyasal Reaktivite (Chemical
Reactivity):
 Bazı
kimyasal reaksiyonlar katalizörler kullanıldığında
hızlanırlar. Katalizörün reaksiyon üzerindeki etkisi türü ve
miktarına bağlı olarak değişir. Farklı katalizörlerin reaksiyona
olan etkileri DTA yöntemi ile belirlenebilir. Böylelikle uygun
katalizör seçimi gerçekleştirilebilir.
Cam Geçiş Sıcaklığı (Glass Transition
Temperature):
DSC
Yarı kristalin polimer ;
 Organik
DTA camsı seramik
(Li2O–Al2O3–6SiO2)
ve inorganik esaslı camsı malzemelerde rijit yapıdan
viskoelestik yapıya geçişin başlangıç sıcaklığı olan cam geçiş
sıcaklığı, Tg, DTA/DSC veya termomekaniksel (TMA, DMA)
yöntemleri ile bulunabilir.
Kalite Kontrol:
 Termal
karakterizasyon yöntemleri maddelerin
saflıklarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılır.
Özellikle
ilaçların
saflığının
belirlenmesinde
endotermik ergime sıcaklığı kullanılır. Saflık derecesi
arttıkça endotermik pik daha keskin hale gelir.
Termogravimetrik Analiz (TG, DTG)
Termogravimetre, termal analitik tekniklerin en
eskisidir. Özellikle polimerik sistemlerin analiz
çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Analiz sırasında numunenin ağırlık kaybı belli bir
atmosferde, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak
ölçülür.
Çalışma atmosferi:
 Azot (N2)
 Oksijen (O2)
 Hava ve
 Helyum (He) olabilir.
Ölçüm 25-1000°C’ ye kadar olan aralıkta gerçekleştirilir.
TG ölçümleri numunede:
Ağırlık kaybı ile meydana gelen;
 Dekompozisyon
 Süblimleşme ve
 Desorpsiyon reaksiyonlarını,
Aynı zamanda numunede ağırlık kazanımına yol açan;
Oksidasyon reaksiyonu belirlenir.
Termogravimetrik Analiz (TG, TGA)
TG cihazının bölümleri:
 Fırın,
 Terazi (1 mg’a kadar hassasiyeti olan),
 Sıcaklık Kontrolörü (örneğin ısıtma/soğutma profili ve hızı
ayarlanabilen),
 Veri Toplama Ünitesi (örnekte zamana bağlı ağırlık kaybı
gerçek zamanlı kaydedilir).
TG analizi için numune küçük potalar içine konur.
Pota ile numunenin kimyasal reaksiyona girmeyecek şekilde
pota seçimi yapılır.
Oksit malzemeler→ Platin ve alaşımları potalar
Metaller ve alaşımları → Alumina, zirkonya, silika potalar
Termal analizde
bölümleri
kullanılan
temel
cihaz
miktarı mg-g aralığında olabilir.
Kullanılan
numune miktarının artması,
homojen ısıtmanın sağlanamamasına veya
raeksiyon sonucu oluşabilecek gazların
uzaklaştırılmasında güçlüklere sebep olabilir.
Sonuç olarak deney hassasiyeti azalabilir.
Isıtma hızı 1-100 Co /dakika arasında
değişebilir. Yavaş ısıtma hızları daha üniform
bir ısıtma ve daha doğru ölçüm sağlar.
Numune



TG analizinde ağırlık değişimleri sıcaklığın fonksiyonu olarak (mg
veya %ağırlık) kaydedilebildiği gibi,
dW/dT olarak da kaydedilebilir. Bu durumda yapılan analiz DTG
(diferansiyel termal gravimetre) analizidir. Ağırlık kaybı hızı,
sıcaklığın veya sürenin fonksiyonu olarak kaydedilir.
DTG’nin kullanılmasının asıl amacı ağırlık kaybının en fazla
(maksimum) hangi sıcaklıkta oluştuğunun
görsel olarak
gözlenmesini kolaylaştırmaktır.
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
vii.
Yatay eğri, numunede bozunumun
olmadığını gösterir.
Isıtmanın başlangıcında hızlı ağırlık
kaybı, kuruma veya absorplanan sıvının
geri verilmesi (desorpsiyon).
Tipik TG eğrisi, tek aşamalı bozunum,
malzemenin stabil olduğu sıcaklık
aralığını verir.
Çoklu bozunum basamakları, ara
bozunum ürünlerinin belli sıcaklık
aralıklarında stabil olduğunu gösterir.
Çoklu bozunum basamakları, ancak ara
ürünler stabil değil. iv’deki numunenin
daha yüksek ısıtma hızlarında bu eğri
oluşabilir.
Kimyasal reaksiyon sonucunda ağırlıkta
artış, metallerin oksidasyonu gibi.
Ağırlıkta önce artış sonra azalış, çok sık
görülmeyen bir eğridir.
TG Eğrileri ve Yorumlanmaları
1. Saf Malzemelerin TG/DTG Eğrileri:
 TG eğrilerinde Y ekseninde ağırlık (W) veya ağırlık
değişim hızı (dW/dT), X ekseninde ise sıcaklık (T) veya
zaman (t) kaydedilir.
 Başlangıçta ağırlık değişimi (W) veya ağırlık hızı
(dW/dT) sıfırdır. Ağırlıktaki artışlar Y ekseninde yukarı
doğru, azalmalar ise Y ekseninde aşağı doğru gösterilir.
 Örneğin gaz çıkışı olan reaksiyonlarda ağırlık kaybı
kaydedilirken, oksitlenme reaksiyonlarında ağırlık
artışları kaydedilecektir.
Saf bileşiklerin TG ve DTG eğrileri oldukça basittir ve
kolay yorumlanabilirler. Örnekte CaCO3’ün 975-1125
Ko arasında bozunumu reaksiyonu verilmiştir.
CaCO3(k)→CaO(k)+CO2(g)
Buna göre yapıdan yaklaşık % 22 oranında CO2 gazı
uzaklaşmıştır.
Tek duvarlı Karbon nanotüp’ün TG
analizi.
UV-kürlenmiş Cyclomer’in Termal
Gravimetrik Analizi (TG)
ve Diferansiyel Termal Gravimetrik
(DTG) analizi.
TG yönteminde sıcaklık artışına bağlı ağırlık kaybı
belirlenirken, DTG yönteminde ağırlık kaybı zamana ve
sıcaklığa bağlı olarak belirlenerek ağırlık değişim hızı
hesaplanır.
2. Karışımların TG/DTG Eğrileri:
AX ve BY gibi iki farklı malzemenin karışımını gözönüne
aldığımızda, ayrı ayrı termal analizleri yapıldığında veya
karışımın termal analizi yapıldığında elde edilecek eğriler
farklıdır.
Saf AX bileşiği T1 sıcaklığında, saf BY bileşiği ise T2
sıcaklığında ayrışmaktadır. AX’in ayrışması ile yapıda «de» mg
değerinde, BY’nin ayrışması ile ise «fg» mg değerinde ağırlık
kayıpları oluşmaktadır.
AX+BY karışımında ise karışımda meydana gelen
toplam ağırlık kaybı AX ve BY’de meydana gelen
toplam ağırlık kaybının toplamına eşittir.
Bu tür karışımlarda meydana gelecek toplam ağırlık
kaybı AX ve BY’nin karışım oranlarına bağlıdır. Tek
tek ve karışımın ağırlık kayıpları eğrilerinden yola
çıkılarak karışım oranları bulunabilir.
 Kompozit
malzemelerde teorik olarak hesaplanan
%hacim oranı ve reel %hacim oranı farklı olabilir.
Polimerik matriks içine gömülü HA oranı, numuneleri
TG grafiklerinden ve yüksek ağırlıklı polietilen
matriksin tamamen yapıdan yanarak uzaklaşmasından
sonra kalan ağırlıktan yola çıkılarak bulunabilir.
Termogravimetrik Eğrileri Etkileyen
Faktörler:
 Isıtma
Hızı: Ayrışma sadece sıcaklığa değil aynı zamanda
süreye de bağlıdır. Düşük ısıtma hızlarında ayrışma için daha
fazla zaman ayrıldığı için ayrışma miktarı (ağırlık kaybı) daha
da artacaktır. Düşük ısıtma hızlarında ayrışmanın başladığı ve
bittiği sıcaklıklar daha düşük sıcaklıklara ötelenirler.
 Isıtma Atmosferi:
Kullanılan atmosferin çeşidi eğrileri büyük ölçüde
değiştirirler. Öncelikle atmosferin kimyasal reaksiyona
neden olmayacak şekilde seçilmesi gereklidir.
Örneğin karbonatların ayrışması reaksiyonunda
ortamdaki CO2 miktarı arttıkça ayrışma hızı
azalacaktır. 2-10 mg ağırlığında numune için
atmosferik akım miktarı 15-25 ml/dakika olmalıdır.
Tane Boyutu:
Analiz yapılan örneğin tane boyutunun azalması ayrışma
reaksiyonunu hızlandırırken ayrışma sıcaklığını düşürür.
 Numune
Miktarının Etkisi:
Numune miktarı arttığında meydana gelebilecek sıcaklık gradyenti
ve gazların ayrışmasının zorlaşması ile TG eğrilerinin şekli
değişebilir.
2 veya daha fazla aşamalı reaksiyon gösteren malzemeler analiz
edilirken her bir basamağın görülmesi gereklidir.
A(k)→B(k)+C(g)………….1. Reaksiyon
B(k) →X(k)+Y(g)………2.Reaksiyon
Eğer 2. reaksiyonun hızı 1.reaksiyondan daha yavaşsa TG eğrisinde
her iki reaksiyon ayrı ayrı görülür (Şekil a). 2.reaksiyonun hızı,
1.reaksiyonda çok daha hızlı ise B katkısının oluşumu görünmez
(Şekil b).
5
mol H2O içeren bakır sülfatta suyun kademeli giderilmesi
Diferansiyel Termal Analiz (DTA)
Bir madde fiziksel halinde değişim olduğunda veya kimyasal bir
reaksiyona girdiğinde ısı absorplar veya ısı verir. Hal değişimine
bağlı olarak eşlik eden bu ısıl değişimler Egzotermik ve
Endotermik ısıl etkiler olarak bilinir.
Endotermik Reaksiyonlar:
 Ergime
 Buharlaşma
 Süblimleşme
 Dehidratasyon
Egzotermik Reaksiyonlar:
 Kristalleşme (katılaşma)
 Adsorpsiyon
 Oksidasyon
Kimyasal Ayrışma ve Katı Hal reaksiyonları Egzotermik veya
Endotermik olabilir.
DTA ve DSC en yaygın olarak kullanılan termal analiz
yöntemleridir. Her iki teknik de numunenin ısıtılması veya
soğutulması esnasında (ağırlık kaybı oluşmaksızın) meydana
gelen ısıl olayların incelenmesi prensibine dayalıdır.
DTA ve DSC yöntemleriyle analiz edilen termal olaylar;
 Katı- Katı faz değişimleri
 Camsı Geçiş
 Kristalleşme ve
 Ergimedir.
Yöntemde geçen diferansiyel terimi, numunede referans
malzemeye göre (referans malzemede termal oluşum
gerçekleşmez) oluşan değişikliklerin incelenmesi gerçekleştiği
için kullanılır.
Maddenin fiziksel halinde değişim meydana geldiğinde veya
kimyasal reaksiyona girdiğinde, sistem ısı absorplar
(Endotermik) veya ısı açığa çıkar (Egzotermik). Sistemde oluşan
enerji değişiminin belirlenmesinde DTA ve DSC yöntemleri
yaygın olarak kullanılır.
Her iki yöntemde de deney örneğinin belirli koşullarda
ısıtılması sırasında meydana gelen Entalpi değişimleri
ölçülür.
Analiz edilen numune (S) ile referans numune (R) aynı
koşullarda ısıtılır.
Isıtma sırasında numunede meydana gelen fiziksel hal değişimi
veya kimyasal reaksiyonlar sonucunda numunenin sıcaklığı,
referans malzemeye göre değişim gösterir. Sonuç olarak S ile R
arasında ΔT kadar sıcaklık farkı oluşur.
DTA cihazının çalışma
prensibi ve şematik
cihaz sistematiği. VTS ve
VTR , değerleri, numune
ve referans numunenin
sıcaklıklarını ölçen
sensörlerin voltaj
değerlerini gösterir.
I.
II.
Numunede meydana gelen ısıl değişim egzotermik esaslı →
numunenin sıcaklığı, TS, referansın sıcaklığından, TR, daha
yüksek, ΔT˃0
Numunede meydana gelen ısıl değişim endotermik ise →
numunenin sıcaklığı, TS, referansın sıcaklığından, TR ,daha
düşüktür , ΔT˂0
Polimer malzemenin sabit ısıtma altında DTA eğrisi
Numunede herhangi bir termal olay gerçekleşmediği sürece,
numune ile referans arasında sıcaklık farkı oluşmamalıdır
(ΔT=0).
[Referans seçilirken benzer termal iletkenliğe ve ısı kapasitesine
sahip malzeme seçilir]
DTA Cihazının Bileşenleri
Fırın: Doğrusal ısıtma hızına sahip, hem referansın hem de
numunenin homojen olarak ısıtılabildiği ünite.
Fırın atmosferi hava olabildiği gibi inert gaz ortamı da olabilir
(H2, N2, Ar vb.)
Fırının çalışma sıcaklıklar 25- 1500 OC’ye kadar çıkabilir.
Aynı zamanda düşük sıcaklıklarda meydana gelen değişimleri
belirlemek için sıvı azot ortamda çalışan cihazlar mevcuttur.
2. Program Kontrolü: Çalışılan sıcaklık aralığı, ısıtma/soğutma
hızları, izotermal ısıtma uygulanacaksa ısıtmanın yapılacağı
sıcaklık ve bu sıcaklıklarda tutma sürelerini kontrol eden
bilgisayar kontrollü ünite.
3. Amplifiyer (Yükseltici): VTS ve VTR voltaj değerlerini
okunabilir değerlere yükselterek sinyali kuvvetlendirir.
1.
4.
5.
Veri Toplama ve Depolama Ünitesi: Sıcaklık,T, süre, t,
sıcaklık farkı, ΔT; değerlerinin kaydedildiği bilgisayar
kontrollü sistem.
Numune ve Referans Numune Taşıyıcı Sistem: Numune,
referans numune ve sıcaklık sensörlerini (thermocouple)
taşıyan birim.
Termal Analizin Termodinamik Esasları:
DTA- DSC yöntemlerinde, programlanmış ısıtma altında numunede
meydana gelen ısıl değişimler ölçülür.
Kimyasal reaksiyonların gerçekleşip gerçekleşmeyeceği veya
reaksiyonun hangi yönde oluşacağı sistemin serbest enerji
değişimlerinden belirlenir.
wA+xB→ yC+zD………..1reaksiyonu için;
Gibbs- Helmholtz eşitliğini yazarsak;
ΔG=ΔH- TΔS…………2
ΔG→sistemin serbest enerjisindeki değişim
ΔH →sistemin entalpisindeki değişim
ΔS →sistemin entropisindeki değişim
T →sistemin sıcaklığı
1 reaksiyonu için;
 Reaksiyonun ürünlerinin toplam serbest enerjileri, girenlerin
toplam serbest enerjilerinden küçükse (ΔG˂0), reaksiyon
kendiliğinden sağ tarafa doğru oluşacaktır.
 Reaksiyonun ürünlerinin toplam serbest enerjileri, girenlerin
toplam serbest enerjilerinden büyükse (ΔG˃0), reaksiyon sol
tarafa doğru oluşacaktır.
 (ΔG=0) ise sistem dengededir.
Entalpi: Bir sistemin entalpisi (H), sistemin ısı içeriğini tanımlar.
Numunede oluşan egzotermik ve endotermik raeksiyonlar,
entalpide değişime sebep olur (ΔH). Termal karakterizasyon
işlemleri sabit basınç altında gerçekleştiği için entalpideki
değişimler sistemin ısısındaki değişimlere karşılık gelir. Yani
DTA ve DSC yöntemleri ile sistemin entalpisi belirlenebilir.
Isı Kapasitesi: Bir sistemin birim sıcaklık değişimi ile verdiği
veya aldığı ısı miktarına ısı kapasitesi denir.

=

Isı kapasitesi sabit basınç ve sabit hacimde ölçülür ve buna bağlı
olarak Cp veya Cv simgesi ile gösterilir.
Termal karakterizasyonlar sabit basınçta gerçekleştirldiği için ve
sabit basınç altında sistemdeki ısı değişimi sitemin entalpisine
eşit olduğu için;
 =


=


→dH=CpdT
Isı kapasitesi sıcaklığa bağlı olarak değişir. DTA-DSC
yöntemleriyle malzemelerin ısı kapasitesi de belirlenebilir.
DTA Diyagramları
Çinkonun DTA eğrisinde, ısıtma rejimi sırasında kaydedilen endotermik pik,
çinkonun ergimesini, soğutma rejimi sırasında kaydedilen egzotermik pik ise
katılaşmasını (kristalizasyon) temsil eder.
Daha önceden gerçekleştirlmiş DTA eğrileri ile karşılaştırılarak oluşan hal
değişimi veya reaksiyonun ne olduğu belirlenir.
Deneysel koşullara bağlı olarak eğrilerin şekillerinin değişebileceği
unutulmamalıdır.
Dolomitin ısıl bozunumu
772 oC’de görülen endotermik pik, dolomit mineralinde serbest
halde bulunan MgCO3’ün ayrışmasını, 834 oC’de oluşan
endotermik pik ise dolomitin ayrışması ile ilgilidir.
CaMg(CO3)2→CaCO3+MgO+CO2
Diferansiyel Scanning Kalorimetresi (DSC)
tekniği, numune ile referans numune arasındaki ısı
akışını ölçülmesi sistemine dayanır.
 Isı Yayınımı DSC (Heat Flux DSC) ve Güç Dengeleyici DSC
(Power Compensated DSC) olmak üzere yaygın olarak
kullanılan iki teknik mevcuttur.
 Isı Yayınımı DSC tekniği aynı zamanda ″Kantitatif DCS″
olarak da adlandırılır. Çünkü bu teknikle sıcaklık farklılıkları
direk olarak ölçülüp, ısı akışı farklılığına çevrilebilir. Sıcaklık
farklılıklarından (dT/dt), ısı akışı farklılıklarına (dH/dt)
dönüşüm bilgisayara yüklenmiş algoritmalar sayesinde
simultane olarak gerçekleştirilir.
 DSC
Heat Flux DSC
b) Power Compensated DSC
A→ fırın,
B → ısıtıcılar
C → numune ve referans numune tutucusu
a)
Güç dengeleyici DSC tekniğinde ise numunede oluşan entalpi
değişimi direkt olarak ölçülür. Sonuçlar dH/dt, cinsinden verilir.
DSC sisteminde numune ve referans numunesinin tutulduğu iki ayrı
bölme mevcuttur. Her bölme, ısının kontrol edildiği kendi ısıtma
elemanına sahiptir. Cihaz (T=0) olacak şekilde sistemi kontrol eder.
Numunede ısıl bir olay gerçekleştiğinde, numunenin bulunduğu
bölmenin ısıtıcı elemanı referansla numunenin aynı sıcaklığa sahip
olması için gereken işlemi yerine getirir.
 Eğer endotermik bir reaksiyon meydana geliyorsa, referansla
numunenin aynı sıcaklıkta olması için ısıtıcıların gücü artırılır.
 Egzotermik bir reaksiyon oluşuyorsa, referansla numunenin aynı
sıcaklıkta kalması için ısıtıcıların gücü azaltılırak numunede
soğuma meydana getirilir. Güç ayarı, reaksiyon ısısının
oluşturduğu ısıyı dengeleyecek ısının taşınımını sağlayacak
şekilde yapılır.
Isı akışına karşı sıcaklık (DSC) grafiği. Isı akışının birimi :Birim
hacme ve birim zamana göre verilen enerji miktarı, W/g.
DSC tekniğinde numuneye olan ısı akışı eğride yukarı doğru hareket
şeklinde gösterilir. Yani endotermik reaksiyon sonucunda numunenin
sıcaklığındaki azalmaya karşın verilen ek ısı yukarı doğrudur. Bu
durumda DTA eğrilerinden farklı olarak DSC eğrilerinde:
Endotermik reaksiyon → yukarı yönlü pik
Egzotermik reaksiyon → aşağı yönlü pik
DTA tekniğine benzer şekilde DSC eğrileri, sabit hızlı ısıtma veya
soğutma rejimleri sırasında sıcaklığa bağlı olarak kaydedilirler.
DTA/DSC Eğrilerini Etkileyen Faktörler:
1. Isıtma Hızı: Isıtma hızı atırıldığında, ısıl etki sıcaklıkları
artar. Pik sıcaklıkları ve pikin genişliği artarken, yakın
sıcaklıklarda yer alan piklerin birbirinden ayırt edilebilmeleri
güçleşir. Yani ölçüm hassasiyeti azalır. İyi bir ölçüm için 510 oC/dakikalık ısıtma hızları uygulanır.
2. Örnek Miktarı, Partikül Boyutu ve Partikül Paketlenmesi:
Numune miktarının artması pik alanının genişlemesine sebep
olur. DSC eğrileri karşılaştırılırken kullanılan numunenin toz
boyutlarının aynı olması sağlanmalıdır. Çünkü boyut
reaksiyonun gelişimini etkiler. Sıkı bir partikül paketlenmesi
varsa reaksiyonlar engellenebilir veya ayrışan gazların
uzaklaşması gecikebilir.
DSC Eğrileri
Isıtma hızının DSC eğrilerine etkisi
Yüksek yoğunluklu Polietilen (HDPE)
Nylon 66’nın ergimesinde ısıtma hızlarının etkisi
DSC ile Isı Kapasitesinin Belirlenmesi, Cp
h = BβCp
h yer değişimi; ısıtma hızı, β ve kalibrasyon faktörüne, B bağlıdır.
Ölçümlerin aynı cihazda gerçekleşmesi ile B ve β gözardı edilebilir.
Bilinen standart malzeme (safir) ile numunenin DSC eğrilerine bağlı
olarak numunenin ısı kapasitesi aşağıdaki bağıntıdan bulunabilir.
ℎ
 = 
ℎ 
M→Kütle
 Karbon
tetraklorürün faz değişimleri (polimorfları)
Download

İndir - yarbis - Yıldız Teknik Üniversitesi