Termik Analiz Yöntemleri
•Download as PPTX, PDF•
7 likes•12,621 views
Termal analiz, malzemeye kontrollü sıcaklık programı uygulandığında, maddenin fiziksel özelliklerinin sıcaklığın fonksiyonu olarak ölçüldüğü bir grup yöntemlerdir. Bu program ısıtma, soğutma yada sabit bir sıcaklıkta tutma veya bunlardan bazılarının birlikteliği ile olabilir. Termogravimetrik analizde kontrol edilen bir atmosferdeki bir numunenin kütlesi, sıcaklığın veya zamanın fonksiyonu olarak sıcaklığa (zamanla doğrusal olarak) karşı kaydedilir. Kütlenin veya kütle yüzdesinin, zamana, sıcaklığa ve atmosferdeki değişime karşı grafiği, termogram veya termal bozunma eğrisi olarak adlandırılır Termogravimetrik yöntemlerin en önemli uygulamaları polimerlerdir. Çeşitli polimerik maddelerin bozunma mekanizmaları termogramlardan alınan bilgilerle açıklanabilir. Ayrıca her tip polimer için karakteristik olan bozunma davranışlarından polimerlerin teşhisinde yararlanılır.
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Viewers also liked
Viewers also liked (20)
More from Prof.Dr. İbrahim USLU
More from Prof.Dr. İbrahim USLU (12)
Termik Analiz Yöntemleri
- 1. Prof.Dr. İbrahim USLU Termik Analiz Yöntemleri Prof.Dr. İbrahim USLU
- 2. Prof.Dr. İbrahim USLU Termogravimetrik Analiz (TGA) • Termogravimetrik analizde kontrol edilen bir atmosferdeki bir numunenin kütlesi, sıcaklığın veya zamanın fonksiyonu olarak sıcaklığa (zamanla doğrusal olarak) karşı kaydedilir. • Kütlenin veya kütle yüzdesinin, zamana, sıcaklığa ve atmosferdeki değişime karşı grafiği, termogram veya termal bozunma eğrisi olarak adlandırılır
- 3. Prof.Dr. İbrahim USLU Termik Analiz Yöntemler • Termik analiz yöntemlerinde örnek sıcaklığı 1500-1200 0C gibi yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılırken ağırlığı sürekli olarak izlenir. • Kütlenin sıcaklığa karşı çizilen grafiğine "termogram" denir ve kalitatif/kantitatif tayinlerde kullanılır.
- 4. Prof.Dr. İbrahim USLU Termik yöntemler ve polimerler • Termogravimetrik yöntemlerin en önemli uygulamaları polimerlerdir. • Çeşitli polimerik maddelerin bozunma mekanizmaları termogramlardan alınan bilgilerle açıklanabilir. • Ayrıca her tip polimer için karakteristik olan bozunma davranışlarından polimerlerin teşhisinde yararlanılır.
- 5. Prof.Dr. İbrahim USLU Termik Analiz Yöntemler • Termal analiz, malzemeye kontrollü sıcaklık programı uygulandığında, maddenin fiziksel özelliklerinin sıcaklığın fonksiyonu olarak ölçüldüğü bir grup yöntemlerdir. • Bu program ısıtma, soğutma yada sabit bir sıcaklıkta tutma veya bunlardan bazılarının birlikteliği ile olabilir. • Termal analiz ölçümleri farklı gazlar altında gerçekleştirilebilir.
- 6. Prof.Dr. İbrahim USLU Termal yöntemler • Termal yöntemler, sıcaklık ile bir sistemin • kütle, reaksiyon hızı veya hacim gibi bazı özellikleri arasındaki dinamik ilişkinin incelenmesine dayanır. • On iki kadar termal analiz yöntemi vardır; bunlardan en çok kullanılanları: – Termogravimetrik analiz (TGA) – Diferansiyel yöntemler • Diferansiyel termal analiz (DTA) • Diferansiyel scanning kalorimetre (DSC) – Termometrik titrasyon (TT)
- 7. Prof.Dr. İbrahim USLU Termik yöntemler
- 8. Prof.Dr. İbrahim USLU Termogravimetrik Analiz (TGA) Cihazı • Termogravimetri için kullanılan modern bir cihaz başlıca aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır: (1) Duyarlı bir analitik termo terazi, (2) Fırın, (3) inert veya reaktif gaz atmosferi temin etme sistemi, (4) Cihaz kontrolü ve veri değerlendirilmesi için mikro bilgisayar/mikro işlemci.
- 9. Prof.Dr. İbrahim USLU Termogravimetrik analiz sistemi • Termogravimetrik analiz cihazında, – hassas bir analitik terazi, – bir fırın, – fırın sıcaklığı kontrol edici ve programlayıcı • bulunur. • Kaydedici, örnek kütlesinin sıcaklığa karşı grafiğini çizer. • İnert bir atmosferde gerektiği hallerde bunu sağlayacak yardımcı sistemlere de gereksinim olur.
- 10. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA Cihazı
- 11. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA Uygulamalar • Termogravimetrik yöntemlerin uygulamalarının yoğunlaştığı en önemli alan, polimerlerle ilgili çalışmalar olarak gösterilebilir. • Termogramlar, çeşitli polimer ürünler için bozunma mekanizmaları hakkında bilgi verir. • Bunlara ek olarak bozunma şekilleri her bir polimer için karakteristik olduğundan , bunların tanımlamalarında da kullanılabilir.
- 12. Prof.Dr. İbrahim USLU Termogravimetrik Analiz (TGA) • Terazi: En fazla tercih edilen termo terazi kütlesi 5-20 mg aralığında çalışanıdır. • Fırın: Termogravimetride kullanılan fırınların çoğunda sıcaklık aralığı oda sıcaklığından 1500 ºC’a kadar uzanır. Fırının ısıtma ve soğutma hızları, sıfırdan biraz daha büyük değerden 200 C/dakika kadar bir aralık içinde seçilebilir. Azot veya argon gazı ile numunenin yükseltgenmesi (Oksitlenmesi) önlenir. Bazı analizlerde deney esnasında gaz değişikliği istenebilir.
- 13. Prof.Dr. İbrahim USLU Termogravimetrik Analiz (TGA)
- 14. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA kantitatif analizler • Polietilen içindeki karbon siyahının TGA ile tayini
- 15. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA’dan saf bileşiklerin oluşum şartları tespiti • Saf CaC2O4.H20 bileşiğinin 5 C/dak hızla sıcaklığın artırılması ile elde edilen termogramını göstermektedir. • Sıcaklık artışı ile yatay giden bölgelerde kalsiyum bileşiklerinin kararlı olduğu anlaşılmaktadır.
- 16. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA: beş ayrı polimer için bozunma eğrileri • PVC Polivinil klorür, PMMA Polimetil metakrilat, • LPDE Düşük yoğunluklu polietilen • PI Aromatik polipirometilamid • PTFE politerafloro etilen
- 17. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA Fırın Atmosferi (İnert gaz ve hava) • Termogravimetrik yöntemler, sıcaklık değişiminin numune kütlesinde değişim oluşturması nedeni ile büyük ölçüde bozunma ve yükseltgenme (oksidasyon) reaksiyonları ile buharlaşma, süblimleşme ve desorpsiyon gibi işlemlerle sınırlıdır.
- 18. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA - Termoanalitik bir yöntem • Diferansiyel termal analiz (DTA), termoanalitik bir yöntemdir. Bu yöntemde numune ve termal olarak inert olan referans maddeye aynı sıcaklık programı uygulanır. İkisi arasındaki fark, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülür. Bu iki madde bir arada ısıtılır. Sıcaklık düzgün bir şekilde arttırılır.
- 19. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA neleri ölçer – Endotermik olaylara giren erime, – buharlaşma, – süblimleşme absorpsiyon, – Desorpsiyon – genellikle egzotermik olan adsorpsiyon olayları • DTA ile incelenebilir. • DTA eğrileri hem nitel hem de nicel analiz için uygundur. • Piklerin hangi sıcaklıkta gözlendiği ve şekli örnek bileşiminin tayininde kullanılabilir. • Pik alanı ise tepkime ısısı ve madde miktarı ile doğru orantılıdır.
- 20. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA tekniği • DTA tekniği saf silikatlar, killer, ferritler, seramikler, metaller, katalizörler ve camlar gibi inorganik malzemelerin termal özellikleri ile ilgili ölçümlerinde de kullanılmaktadır. • Bu çalışmalardan, su kaybetme, oksitlenme, indirgenme ve katı- katı, katı-sıvı dönüşümleri gibi olaylar hakkında bilgi elde edilir.
- 21. Prof.Dr. İbrahim USLU Diferansiyel Thermal Analiz DTA • Bir malzemenin sıcaklık artışı ile bünyesinde meydana gelen değişimleri belirlemekte kullanılır. • Malzemenin ısı karşısında gösterdiği endotermik ve ekzotermik reaksiyonlar tespit edilir. • Özellikle seramik hammaddelerinin sıcaklık artışı ile uğradığı ağırlık kayıplarının ve bünyelerinde meydana gelen reaksiyonların hangi sıcaklıklarda meydana geldiği, reaksiyon cinsi ve şiddeti, böylelikle de hammaddelerin termal davranışları belirlenmektedir.
- 22. Prof.Dr. İbrahim USLU Diferansiyel Thermal Analiz DTA • Diferansiyel termal analiz (DTA) tekniği, numune ve referans madde arasındaki sıcaklık farkını, uygulanan sıcaklığın fonksiyonu olarak incelemektedir. • Genelde, sıcaklık programı uygulanırken, numunenin sıcaklığı zamanla doğrusal olarak artacak şekilde, numune ve referans maddesi ısıtılır. • Numune ve referans maddesi arasındaki sıcaklık farkı (∆T) fark izlenerek numune sıcaklığına karşı grafiği alınır.
- 23. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA yönteminde fırın atmosfer koşulları • Genelde, DTA düzeneklerindeki numune ve referans odaları, azot gibi inert bir gazın veya oksijen veya hava gibi aktif bir gazın dolaşımına izin verecek şekilde tasarlanmıştır. • Bazı sistemler, düşük veya yüksek basınçların uygulanmasını da mümkün kılabilmektedir.
- 24. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA Tekniğinde pik analizi (endotermik ve ekzotermik) • TG deki gibi sadece kütle kaybına bağımlı olmadığı için daha geniş bir kullanım alanı vardır. • Isının absorblandığı veya açığa çıktığı her numuneye uygulanabilir. • Fiziksel olarak absorbsiyon ve kristalizasyon olayı ekzotermik bir olaydır. • Desorbsiyon, süblimleşme, erime ve buharlaşma olayları ise endotermiktir. • Kimyasal olarak ise polimerleşme ve oksitlenme ekzotermik; • bozunma, dehidrasyon ve indirgenme olayları ise endotermiktir.
- 26. Prof.Dr. İbrahim USLU Ekzotermik ve Endotermik olaylar
- 27. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA VE POLİMERLER
- 28. Prof.Dr. İbrahim USLU Yedi polimer karışımının diferansiyel termogramı – PTFE: politetrafluoroetilen, – HIPPE: yüksk basınçlı poietilen, – LPPE: düşük basınçlı polietilen, – PP: polipropilen, – POM: polioksimetilen
- 29. Prof.Dr. İbrahim USLU Yedi polimer karışımının diferansiyel termogramı • Termogramdaki her pik karışımda bulunan bir maddenin erime noktasını gösterir. • Politetrafluoro etilenin (PTFE) iki piki vardır; bunlardan düşük sıcaklıkta olanı kristalin geçişi ve yüksek sıcaklıktaki ise erime noktasını gösterir. • Bu şekilden de anlaşıldığı gibi, diferansiyel termal yöntemler polimer karışımlarının kalitatif analizlerinde kullanılabilir.
- 30. Prof.Dr. İbrahim USLU Bir Örnek • Termogravimetrenin kantitatif analizlere uygulanmasına bir örnek olarak, Ca, Sr ve Ba karışımının analizi verilebilir. • Başlangıçta üç iyon da monohidrat okzalatları halinde çöktürülür. 250- 260 0C sıcaklıklara gelindiğinde, susuz CaC2O4, SrC2O4 ve BaC2O4 bileşikleri oluşur, 560-520 0 C ‘lere ulaşıldığında ise bu bileşikler CO vererek karbonatlarına dönüşür. Bundan sonra önce CaCO3 dan, daha sonra da SrCO3 dan CO2 çıkışıyla CaO ve SrO meydana gelir. Termogramdan, örnekteki Ca, Sr ve Ba elementlerinin miktarları hesaplanabilir.
- 31. Prof.Dr. İbrahim USLU İnorganik madde DTAsı • Silikatlar, ferritler, killer, oksidler, seramikler ve camlar gibi inorganik bileşiklerin termal davranışları diferansiyel termal ölçmelerle izlenebilir. • İzleme prosesleri ergime, çözünme, hidrojen çıkarma, yükseltgenme, indirgenme, adsorbsiyon, bozunma ve katı- hal reaksiyonlarıdır. • Uygulamalardan en önemlisi faz diyagramları çizilmesi ve faz geçişlerinin incelenmesidir.
- 32. Prof.Dr. İbrahim USLU Kükürt faz diyagramı - DTA ile analizi
- 33. Prof.Dr. İbrahim USLU Kükürtün DTA Analizi (faz diyagramı) • Sıvı kükürt üç halde bulunur; 1 atm de 113 0C ‘ deki pik rombik halden monoklinik hale geçişi sağlayan katı-hal değişikliğini, 124 0C ‘deki pik ise elementin erime noktasını gösterir. 444.6 0C ‘deki pik ise kükürdün kaynama noktasını gösterir.
- 34. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA, Benzoik acid • benzoik asidin atmosfer basıncında ve 200 psi deki termogramları görülmektedir. Birinci pik asidin erime noktasını, ikinci pik kaynama noktasını verir
- 35. Prof.Dr. İbrahim USLU DTA, kalsiyum okzalat monohidtratın hava akımında ısıtılması • Basit inorganik türlerin termal özelliklerinin incelenmesinde DTA kullanılabilir. • İki minimum pik, bu piklerin altında verilen iki endotermik reaksiyonun sonucu olarak, numunenin referans malzemeden daha soğuk hale geldiğini göstermektedir. Tek maksimum pik ise, kalsiyum okzalatın karbonat ve karbon dioksite yükseltgenmesine ilişkin ekzotermik reaksiyona karşılık gelmektedir.
- 36. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA ve DTA birlikte kullanımı
- 37. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA ve DTA birlikte kullanımı
- 38. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA ve DTA birlikte kullanımı
- 39. Prof.Dr. İbrahim USLU Üçlü sistemlerde DTA Analizi
- 40. Prof.Dr. İbrahim USLU TGA ve TDA • 636 oC de peak indium kalay oksitin oluştuğunu bu arada bu oluşum sırasında 550 oC den başlayan ve 700 oC de son bulan kütle kaybı yaşandığını gösterir DTA ve TGA yı anlatan bir örnek çalışma
- 41. Prof.Dr. İbrahim USLU Diferansiyel taramalı Kalorimetre (DSC) • Diferansiyel taramalı kalorimetre bir referansa bağlı olarak numunenin ısısını ölçer. • örnek ısıtılırken, soğutulurken yada sabit bir sıcaklıkta tutulurken soğurulan yada salıverilen enerji miktarını ölçer. • Diferansiyel taramalı kalorimetrede de örnek ve referansın sıcaklıkları düzenli bir hızla artırılır. • Endotermik ısı numunenin içine doğru gider. Ekzotermik ısı numunenin dışına doğru akar. örnekte oluşan endotermik veya ekzotermik reaksiyonlar sonucu kaybedilen veya kazanılan ısıyı karşılar. • Isıtma hızı örnek sıcaklığının fonksiyonu olarak kaydedilir.
- 42. Prof.Dr. İbrahim USLU DSC CİHAZI
- 43. Prof.Dr. İbrahim USLU Amorf bir polietilen terftalat numunesi için DSC eğrisi • Bu grafiğin dikey ekseni miliwatt briminde enerji girişidir. • ilk iki pik, kristal oluşumundan ve erimeden kaynaklanmaktadır. DSC eğrisi azot atmosferinde oluşturulduğundan yükseltgenme (oksitlenme) piki gözlenmemiştir.
- 44. Prof.Dr. İbrahim USLU DSC ve kimyasal reaksiyonlar • Kimyasal reaksiyonlarda da ekzotermik veya endotermik pikler elde edilebilir.
- 45. Prof.Dr. İbrahim USLU Bor ve Nikel çinko örnekleri • Nikel ve Nikel-çinko karışımı ile bunlara bor katılmış örneklerin DSC analizinde bor katılmış örneğn PVA ile çapraz bağ reaksiyonu sonucunda daha sıcaklığa karşı dayanıklı olduğu görülmektedir.
- 46. Prof.Dr. İbrahim USLU Çikolata örneklerinde DSC analizi
- 47. Prof.Dr. İbrahim USLU Bor Katkılı Süperiletken nanofiberlerin Elektrospinleme Yöntemi ileEldesi • Bor polivinil alkol polimer yapısına çapraz bağlanarak polimerik yapının sıcaklığa karşı dayanıklılığını artırmış ve bu Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) cihazından alınan ölçüm sonuçları ile de teyit edilmiştir.
- 48. Prof.Dr. İbrahim USLU Dilatometre • Dilatometre ile bir örneğin sıcaklık değişimi ile genleşmesi ölçülür. • Sıcaklık veya zamana karşı Genleşme veya ısıl genleşme katsayısı hesaplanır. • Ölçümler sonucunda; numunenin – termal genleşme katsayısı, – hacimsel genleşme, – faz dönüşümleri, – cam geçiş sıcaklığı ve – yumuşama noktası • tespit edilebilir.
- 49. Prof.Dr. İbrahim USLU Optik Dilatometre • Optik dilatometre ile ısıtma sürecinde çekme, genleşme gibi numunenin boyutsal değişimi herhangi bir kuvvet uygulanmadan ölçülmektedir. • Bu şekil bir polimerik malzemenin dilatometre eğrisini göstermektedir. Bu eğriden cam geçiş sıcaklığı 154.18 C görülmektedir.
- 50. Prof.Dr. İbrahim USLU Kaynaklar • http://www.bayar.edu.tr/besergil/23_BOLUM_6.pdf • Termal Analiz Yöntemleri (file:///C:/Users/user/Downloads/Microsoft+PowerPoint+- +Malzeme+Karakterizasyonu+-Bolum+9.pdf)