¿Son iguales los analizadores térmicos diferenciales y los calorímetros diferenciales de barrido?
¡El analizador térmico diferencial y el calorímetro diferencial de barrido son diferentes!
La diferencia es: el analizador térmico diferencial mide el valor del calor liberado o absorbido por la muestra mientras que el calorímetro de barrido diferencial mide la muestra en relación con el material de referencia (como en el rango de temperatura de prueba Aluminio; óxido sin efecto térmico, etc.) diferencia de energía (o diferencia de potencia) por unidad de tiempo.
La abscisa de ambos es la temperatura. En cuanto a la ordenada, el espectro de calorimetría de barrido diferencial es un efecto térmico (endotérmico o exotérmico). Si hay un efecto térmico, aparecerá un pico. Si el pico endotérmico está diseñado para ser hacia arriba, el pico exotérmico será hacia abajo; la ordenada del espectro de calorimetría diferencial de barrido es, si no hay efecto térmico entre la muestra y el material de referencia, y el espectro del análisis calorimétrico diferencial de barrido es una línea recta horizontal si la muestra tiene un efecto térmico, porque el material de referencia seleccionado lo tiene; sin efecto térmico, lo que se muestra en el espectro del análisis calorimétrico de barrido diferencial es la muestra de tal efecto térmico o pico de diferencia de potencia.
La diferencia entre el espectro de calorimetría diferencial y el espectro de calorimetría diferencial de barrido. Si ambos miden el cambio de entalpía, el espectro de calorimetría diferencial solo proporciona el efecto térmico, mientras que la curva en el pico en el espectro de calorimetría diferencial de barrido es la. El área encerrada por la línea base y la línea base da el valor de entalpía del efecto térmico.
Lo anterior es la respuesta básica. Las siguientes son algunas referencias ampliadas que no han sido editadas cuidadosamente y no se proporcionan dibujos como referencia:
Principios del análisis térmico diferencial
Se sabe por la física que existen diferentes tipos libres. haces de electrones y escape Cuando dos metales que producen trabajo entran en contacto, se genera una fuerza electromotriz de contacto. Como se muestra en la Figura 5.1, cuando el alambre metálico A y el alambre metálico B se sueldan para formar un circuito cerrado, si las temperaturas t1 y t2 de las dos uniones de soldadura son diferentes, se generará una fuerza termoelectromotriz de contacto, la corriente fluirá en el circuito cerrado. bucle y el puntero del galvanómetro se desviará. La magnitud de la fuerza electromotriz de contacto es proporcional a la diferencia entre t1 y t2. Por ejemplo, dos alambres metálicos diferentes A y B se sueldan entre sí en un extremo (llamado extremo caliente) y se colocan en el lugar donde se debe medir la temperatura; el otro extremo (llamado extremo frío) se coloca en agua helada; Ambiente y conectado con un cable y un galvanómetro conectado, el potencial termoeléctrico obtenido en este momento es aproximadamente proporcional a la temperatura del extremo caliente, formando un termopar para medir la temperatura. Si se conectan en serie dos termopares con polaridad opuesta, se puede utilizar un termopar de diferencia de temperatura para medir la diferencia de temperatura entre dos fuentes de calor. Inserte un extremo caliente del termopar diferencial en la muestra a probar y el otro extremo caliente en el objeto de referencia que no produzca efectos térmicos en el rango de temperatura a medir. La muestra y el objeto de referencia se calientan al mismo tiempo. , y se miden los dos procesos durante el aumento de temperatura. La diferencia de temperatura constituye el principio básico del análisis térmico diferencial.
Analizador térmico diferencial
El analizador térmico diferencial generalmente consta de un horno de calentamiento, un recipiente de muestra, un termopar, un sistema de control de temperatura, un sistema de amplificación y registro.
El horno de calentamiento es un dispositivo para calentar la muestra. Como horno eléctrico para análisis térmico diferencial, debe cumplir los siguientes requisitos: debe haber una zona de temperatura uniforme en el horno para que la muestra pueda calentarse de manera uniforme y la temperatura pueda aumentarse (bajarse) uniformemente a una velocidad determinada de forma programable; el control de temperatura y la precisión del control deben ser altos; la capacidad calorífica debe ser pequeña para facilitar el ajuste de las velocidades de calentamiento y enfriamiento; la bobina del horno debe ser no inductiva para evitar interferencias de corriente con el termopar; de tamaño y peso ligero para facilitar la operación y el mantenimiento.
Según los diferentes elementos calefactores, los hornos calefactores se pueden dividir en hornos de alambre calefactor eléctrico, hornos de calentamiento por infrarrojos y hornos de calentamiento por inducción de alta frecuencia. Según la forma del horno, se puede dividir en horno de caja, horno esférico y horno tubular, entre los cuales el horno tubular es el más utilizado. Según la forma de colocación de la estufa, se puede dividir en dos tipos: vertical y horizontal. El material del tubo del horno y del elemento calefactor debe seleccionarse de acuerdo con la temperatura de uso. Los más utilizados incluyen alambre de níquel-cromo, alambre de titanio, alambre de platino, alambre de platino-rodio, alambre de molibdeno, varilla de carbono de silicio, alambre de tungsteno, etc. La temperatura de uso oscila entre 900 ℃ y más de 2000 ℃.
Para mejorar la resistencia a la corrosión del instrumento o la muestra debe observarse en una atmósfera determinada, el horno se puede evacuar o pasar a través de una atmósfera protectora y una atmósfera de reacción.
Las muestras utilizadas para el análisis térmico diferencial suelen estar en forma de polvo. Generalmente, la muestra a analizar y la sustancia de referencia se colocan primero en el crisol de muestra y luego se colocan en el soporte de muestra. El crisol de muestra puede estar hecho de cerámica, vidrio de cuarzo, corindón, molibdeno, platino, tungsteno y otros materiales. Como material del portamuestras, es apropiado elegir un material con buena conductividad en condiciones de resistencia a altas temperaturas.
Cuando la temperatura de funcionamiento no supera los 1300 °C, se puede utilizar níquel metálico o materiales refractarios generales como soporte de muestra. Cuando la temperatura supera los 1300 ℃, el material de corindón es adecuado.
Los termopares son componentes clave en el análisis térmico diferencial. Se requiere que el material del termopar produzca una fuerza electromotriz de alta diferencia de temperatura y tenga una relación lineal con la temperatura, tenga un amplio rango de medición de temperatura y esté libre de oxidación y corrosión a altas temperaturas, los cambios de resistencia con la temperatura deben ser pequeños, la conductividad; debe ser alto y la estabilidad física debe ser buena. Puede usarse durante mucho tiempo, es fácil de fabricar, tiene alta resistencia mecánica y es económico.
Los materiales del termopar incluyen cobre - Constantan, hierro - Constantan, níquel cromo - níquel aluminio, platino - platino rodio e iridio - iridio rodio, etc. Generalmente, los termopares de níquel-cromo-níquel-aluminio se utilizan para análisis térmico diferencial a temperaturas medias y bajas (500-1000 ℃), y los termopares de platino-rodio son adecuados para altas temperaturas (gt; 1000 ℃).
El cambio de temperatura del extremo frío del termopar afectará los resultados de la prueba. Se puede utilizar un determinado método de compensación del extremo frío o se puede fijar en un punto cero, como colocarlo en una cubeta de hielo. mezcla de agua, para garantizar una medición precisa de la temperatura.
El sistema de control de temperatura se compone principalmente de calentador, refrigerador, elemento de control de temperatura y controlador de temperatura de programa. Dado que el número de milivoltios emitidos por el generador de milivoltios del programa en el controlador de temperatura del programa aumenta o disminuye linealmente con el tiempo, la temperatura del horno se puede aumentar o disminuir uniformemente según un programa determinado. Se requiere que la velocidad de calentamiento cambie dentro del rango de 1-100 ℃/min, y el rango comúnmente utilizado es de 1-20 ℃/min. Se requiere que el sistema garantice que la temperatura del horno pueda calentarse o enfriarse uniformemente a un ritmo determinado.
La función del sistema de amplificación de señal es amplificar el potencial de diferencia de temperatura débil generado por el termopar de diferencia de temperatura después de la amplificación, se transmite al sistema de visualización y grabación;
La función del sistema de registro del display es trazar los parámetros físicos detectados por el sistema de amplificación de señal frente a la temperatura. Se pueden utilizar registradores electrónicos de diferencia de potencial o registradores electrónicos de puente de balanza, osciloscopios, registradores de funciones X-Y y métodos de grabación fotográfica para visualizarlos en números, curvas u otras formas.
La función de este sistema es analizar y procesar aún más los parámetros físicos detectados versus las curvas o datos de temperatura, y calcular directamente los resultados y datos requeridos que debe generar la impresora. Incluye procesamiento por microcomputadora o microcomputadora dedicada.
La medición de la temperatura es crucial en el análisis térmico diferencial. Debido a las diferencias en el diseño de varios instrumentos DTA, los materiales estructurales utilizados y los métodos de medición de temperatura, los resultados de la medición variarán mucho. Sus temperaturas de transición de fase se utilizan como estándar de temperatura para la corrección de temperatura.
Calorimetría diferencial de barrido
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es un método para medir la entrada a muestras y parámetros bajo temperatura controlada por programa. Una técnica que compara el cambio de diferencia de energía entre objetos. con la temperatura o el tiempo.
En el análisis térmico diferencial, cuando se produce un efecto térmico sobre la muestra, la velocidad de calentamiento de la propia muestra no es lineal. Tomando la reacción endotérmica como ejemplo, la tasa de aumento de temperatura de la muestra después de que comience la reacción se retrasará significativamente con respecto a la tasa de aumento de temperatura programada, y es posible que incluso no se caliente ni se enfríe cuando finalice la reacción, la tasa de aumento de temperatura de la muestra sí lo hará; ser mayor que la velocidad de control del programa. La velocidad de calentamiento se mantiene gradualmente con la temperatura de control del programa; la velocidad de calentamiento siempre está cambiando. Además, cuando se produce un efecto térmico, existe una gran diferencia de temperatura entre la muestra, el objeto de referencia y el entorno alrededor de la muestra, y se produce una transferencia de calor entre ellos, lo que reduce la sensibilidad y precisión de la medición del efecto térmico. Por lo tanto, la mayoría de las técnicas de análisis térmico diferencial hasta el momento no pueden realizar análisis cuantitativos y solo pueden realizar análisis cualitativos o semicuantitativos. Es difícil obtener datos sobre la temperatura de la muestra y la cinética de reacción durante el proceso de cambio.
La calorimetría diferencial de barrido es una nueva tecnología de análisis térmico desarrollada para superar las deficiencias del análisis térmico diferencial en la determinación cuantitativa. Este método compensa oportunamente los cambios de energía causados por el efecto térmico de la muestra, manteniendo la temperatura entre la muestra y el material de referencia siempre igual, sin diferencia de temperatura ni transferencia de calor, de modo que la pérdida de calor sea pequeña y la La señal de detección es grande. Por lo tanto, la sensibilidad y la precisión mejoran enormemente y se puede realizar un análisis cuantitativo del calor.
El principio del análisis de calorimetría diferencial de barrido
La calorimetría diferencial de barrido se puede dividir en calorimetría diferencial de barrido de tipo compensación de potencia y escaneo diferencial de tipo flujo de calor según diferentes métodos de medición. Hay dos tipos. de calorimetría.
Calorimetría de barrido diferencial con compensación de potencia
La calorimetría de barrido diferencial con compensación de potencia adopta el principio de equilibrio de punto cero. Este tipo de instrumento incluye dos tipos: calorímetro de barrido diferencial con compensación de potencia de calentamiento externo y calorímetro de barrido diferencial con compensación de potencia de calentamiento interno.
La característica principal del calorímetro de barrido diferencial con compensación de potencia de calentamiento externo es que, si bien la muestra y el material de referencia todavía se colocan en el horno de calentamiento externo para calentarlos, ambos están conectados con pequeños calentadores y sensores independientes, que Es decir, se instala un conjunto de cables calefactores de compensación debajo de cada uno de los contenedores de material de muestra y de referencia. Su estructura se muestra en la Figura 5.6. Todo el instrumento es monitoreado por dos sistemas de control. Uno de ellos controla la temperatura para que la muestra y el material de referencia se calienten o enfríen a una velocidad predeterminada. la diferencia entre la muestra y el material de referencia. La diferencia de temperatura generada entre las muestras, es decir, cuando se produce la diferencia de temperatura en la muestra debido a la reacción térmica, la corriente que fluye hacia el cable calefactor de compensación cambia a través del sistema de control de compensación. Por ejemplo, cuando la muestra absorbe calor, la corriente que fluye hacia el cable calefactor en el lado de la muestra del sistema de compensación aumenta hasta que ambos; la muestra y la referencia El calor se equilibra y la diferencia de temperatura desaparece. Éste es el llamado principio de equilibrio de punto cero. Este tipo de instrumento DSC a menudo se ensambla con un instrumento DTA. Al reemplazar el soporte de muestra y agregar una unidad de compensación de potencia, se puede usar tanto para análisis térmico diferencial como para análisis de calorimetría de barrido diferencial.
El calorímetro diferencial de barrido con compensación de potencia de calentamiento interna no tiene un horno de calentamiento externo y utiliza directamente dos calentadores pequeños para calefacción y compensación de energía al mismo tiempo. Dado que no se utiliza un gran horno de calentamiento externo, el instrumento tiene baja inercia térmica, baja potencia y velocidades rápidas de aumento y caída de temperatura. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura de la muestra de este instrumento, el gradiente de temperatura entre la muestra y el entorno circundante se hace cada vez mayor, lo que provoca una gran pérdida de calor y reduce en gran medida la sensibilidad de detección y la precisión del instrumento. Por lo tanto, la temperatura de funcionamiento de este instrumento DSC es relativamente baja.
Calorimetría de barrido diferencial de flujo de calor
La calorimetría de barrido diferencial de flujo de calor logra principalmente el propósito del análisis DSC midiendo el caudal de calor absorbido o liberado por la muestra durante el proceso de calentamiento. Todavía hay una diferencia de temperatura entre la muestra y la sustancia de referencia cuando hay una reacción térmica. Este método incluye el tipo de flujo de calor y el tipo de flujo de calor, los cuales utilizan el principio de análisis térmico diferencial para realizar análisis calorimétricos.
La estructura del calorímetro de barrido diferencial de flujo de calor es similar a la del analizador térmico diferencial, como se muestra en la Figura 5.7. Utiliza una placa calefactora eléctrica constante como chasis portaobjetos de muestra y referencia y también sirve como termopar de medición de temperatura. La placa calefactora eléctrica y el alambre de níquel-cromo y el alambre de níquel-aluminio debajo del chasis del objeto de muestra y referencia forman un termopar para detectar. flujo de calor diferencial. Cuando el calentador se calienta bajo el control de la unidad de control del programa, el calor pasa a través del bloque calefactor para calentar uniformemente la muestra y el material de referencia. Debido a que la diferencia de temperatura entre la muestra y el entorno es grande a altas temperaturas, la pérdida de calor es grande. Por lo tanto, mientras la temperatura aumenta a una velocidad constante, el instrumento cambia automáticamente el factor de amplificación del amplificador diferencial. Cuando la temperatura aumenta, el factor de amplificación aumenta para compensar el impacto de los cambios de temperatura en la medición del efecto térmico de la muestra.
El sistema de detección de calorimetría diferencial de barrido de flujo de calor se muestra en la Figura 5.8. La característica principal de este tipo de instrumento es que el detector está compuesto por muchos termopares conectados en serie para formar un medidor de flujo de calor tipo termopila. Los dos medidores de flujo de calor están conectados a la inversa y se instalan respectivamente entre el recipiente de muestra y el recipiente de referencia. y el bloque calefactor del horno detecta la diferencia de temperatura entre la muestra y el objeto de referencia como un termopar. Dado que hay muchos termopares en la termopila, los extremos calientes se distribuyen uniformemente en las paredes de los contenedores de muestra y de referencia, y la señal de detección es grande. La temperatura de la muestra detectada es la temperatura promedio de cada punto de la muestra, por lo que la medida. La curva DSC tiene buena repetibilidad, alta sensibilidad y precisión, y se utiliza a menudo para calorimetría precisa.
No importa qué método de calorimetría diferencial de barrido se utilice, a medida que aumenta la temperatura de la muestra, la desviación de temperatura entre la muestra y el entorno circundante se hace mayor, lo que resulta en una pérdida calorimétrica y una disminución en la precisión de la medición. Por lo tanto, el rango de medición de temperatura de la calorimetría diferencial de barrido suele ser inferior a 800 °C.