Vì sao cân mẫu trong lúc nung có thể cho biết vật liệu đang mất chất gì?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Cân nhiệt trọng lượng TGA theo dõi khối lượng mẫu khi mẫu được nung, làm nguội hoặc giữ nhiệt theo một chương trình xác định. Những lần mất hoặc tăng khối lượng là dấu hiệu có vật chất rời đi hoặc đi vào phần mẫu đang cân. Muốn biết chính xác đó là chất gì vẫn cần bối cảnh và có thể cần phép đo khác.
Nhiệt độ và khí quanh mẫu cùng quan trọng
Mẫu nhỏ nằm trong chén gắn với hệ cân. Lò và khí đi qua được kiểm soát để dữ liệu khối lượng có thể gắn với điều kiện thí nghiệm.
Một mẫu ẩm có thể mất nước khi nóng lên. Polymer có thể phân hủy và giải phóng sản phẩm khí ở những điều kiện khác. Nếu môi trường có oxygen, một số vật liệu có thể nhận thêm oxygen và tăng khối lượng thay vì chỉ giảm.
Vì vậy, đường cân đo trong khí trơ không thể tự thay cho đường cân trong không khí. Cùng chất liệu nhưng chương trình nhiệt và khí khác có thể cho diễn biến khác.
Bậc giảm là thông tin chứ chưa phải tên chất
Khi khối lượng giảm trong một khoảng nhiệt độ, đó là một sự kiện cần giải thích. Nước, dung môi và sản phẩm phân hủy đều có thể là nguyên nhân; nhiều quá trình còn chồng lên nhau.
Muốn nhận dạng chắc hơn, nhà nghiên cứu có thể phân tích khí thoát bằng quang phổ hồng ngoại hoặc khối phổ. Chỉ nhìn một bậc rồi đặt tên hóa học chắc chắn là vượt quá thông tin của phép cân.
Không giống cân một lần trước và sau
Đo liên tục cho biết sự thay đổi diễn ra lúc nào, ở nhiệt độ nào và với tốc độ ra sao. Nó giúp phân biệt những quá trình mà hai số cân đầu–cuối có thể gộp vào một kết quả chung.
Hệ đo vẫn phải xét độ ổn định và lực nổi của khí quanh chén, bởi mật độ khí thay đổi khi nhiệt độ hoặc thành phần đổi. Độ phân giải cao không xóa nhu cầu kiểm soát nền.
Ví dụ, so hai mẫu nhựa trong cùng điều kiện có thể hỗ trợ nghiên cứu độ bền nhiệt. Kết quả ấy không tự thành nhiệt độ sử dụng an toàn chung cho mọi sản phẩm làm từ nhựa đó.
Hiểu lầm: nóng chảy luôn làm khối lượng giảm. Chuyển từ rắn sang lỏng có thể không làm mất vật chất. DSC theo dõi trao đổi nhiệt, còn TGA theo dõi khối lượng; chúng trả lời những câu hỏi bổ sung nhau.
Ghi nhớ: đường cân cho dấu vết vật chất vào–ra; chương trình nhiệt, khí và phép phân tích bổ sung giúp giải nghĩa dấu vết.
Đọc thêm
- Máy DSC nhận ra vật liệu đang nóng chảy bằng một tín hiệu chênh nhiệt ra sao?
- Máy FTIR lấy phổ hồng ngoại từ một tín hiệu giao thoa ra sao?
- Máy khối phổ thời gian bay nhận biết ion qua thời gian đến ra sao?