Термический анализ
Это метод исследования различных материалов, основанный на определении температурных эффектов, проявляющихся при нагревании или охлаждении. У большинства веществ при постоянных для каждого из них температурах происходят изменения физического состояния или химического состава, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла. Регистрируя эти эффекты и сопоставляя их с характером и температурой фазовых превращений известных веществ, можно идентифицировать исследуемое вещество.
Рис. 5.4. Рентгенограмма золошпакового образца с известью:
наиболее интенсивные линии принадлежат кальциту (С), кварцу (Q), портпандиту (П). Числа соответствуют межплоскостным расстояниям d, А0.
Процессы, сопровождающиеся тепловыми эффектами, отражаются на термограмме в виде температурных пиков разного направления в зависимости от их знака. Эндотермические эффекты чаще всего обуславливаются следующими процессами: удалением адсорбционной воды, удалением химически связанной воды, диссоциацией веществ, сопровождающейся выделением газа, полиморфными превращениями, плавлением материала.
Экзотермические процессы происходят при окислении вещества, гидратации при твердении, переходе вещества из аморфного состояния в кристаллическое, перекристаллизации вещества, а также пои некоторых полиморфных превращениях. Наиболее распространенным методом термического анализа в нашей стране является дериватография, особенность которого заключается в том, что для одного и того же образца одновременно регистрируются температура исследуемой пробы (Т — температурная кривая); изменение ее массы (TG — термогравиметрическая кривая); скорость изменения массы (ДТС — дифференциальная термографическая кривая) и изменение содержания тепла (ДТД — кривая дифференциального термического анализа).
Принципиальная схема проведения ДТА сводится к следующему: исследуемое и эталонное вещество в порошкообразном состоянии (масса навесок 0,2 ... 2 г) или в виде прессованных образцов-цилиндриков помещают в тигли. Используемое в качестве эталона инертное вещество имеет одинаковую с исследуемым веществом удельную теплоемкость, теплопроводность и не должно подвергаться фазовым изменениям в процессе нагревания. Тигли исследуемого и инертного вещества устанавливают в керамические или металлические блоки и помещают в нагревательное устройство. Для определения разности температур между исследуемым и эталонным веществом применяют дифференциальную термопару, которая выдает термоток в измерительные приборы только при появлении разницы температур в горячих спаях термопар. Электронные автоматические потенциометры одновременно являются и измерительными, и записывающими приборами, с помощью которых сразу получают термограммы на ленточной диаграмме. В качестве примера на рис. 3. 4 приведена дериватограмма серного бетона, снятого на дериватографе Q-1550 Д. Температурная кривая (Т) показывает плавный подъем температуры, фиксируя один эндотермический эффект при Т= +350°С. Кривая изменения массы (TG) имеет практически одну ступень распада в довольно узком интервале температур 160— 368°С, связанный с выгоранием серы; на этом этапе происходит основная потеря массы. Кривая изменения содержания тепла (ДТА) фиксирует один сильный экзотермический эффект, а кривая скорости изменения массы (ДТС) отражает быстропротекающий процесс сгорания серы. В интервале температур 376—920°С существенных изменений в материале не наблюдается, фиксируется слабый экзотермический процесс, связанный, по-видимому, с перекристаллизацией отдельных минералов, входящих в состав шлакового заполнителя.
Рис.5.5. Дериватограмма серного бетона:
Т — температурная кривая; TG — кривая изменения массы; ДТА — кривая изменения содержания тепла; ДТ(3 — кривая скорости изменения массы.