Analiza termiczna 

Podczas  ogrzewania  układu,  który  zawiera  badaną  substancję  (pierwiastek,  związek,  mieszaninę),  
w większości przypadków zachodzą przemiany fizyczne lub chemiczne. 

Analiza  termiczna  –  zespół  metod  badania  zmian  wybranych  właściwości fizycznych  substancji  pod 
wpływem zmian temperatury. 

Metody analizy termicznej wykorzystywane są do: 

- Badania reakcji chemicznych i przemian fazowych zachodzących podczas ogrzewania substancji, 

- wyznaczania parametrów termodynamicznych i kinetycznych reakcji, 

- Określania składu fazowego i chemicznego substancji (jakościowo i ilościowo), 

- Określania czystości surowców, 

- Wyznaczania trwałości termicznej. 

Podział metod analizy termicznej wg mierzonych przez nie parametrów: 

- Termograwimetria (TG) – rejestrująca zmiany ciężaru próbki , 

- Termiczna analiza różnicowa (DTA) – rejestrująca zmianytemperatury, 

- Różnicowa kalorymetria scanningowa (DSC) – rejestrującazmiany entlapii, 

- Analiza termocząstkowa (EGA), termiczna analizaemanacyjna (EGD) – rejestrujące objętość i skład 
chemiczny gazowych produktów reakcji, 

- Termodylatometria – rejestrująca zmiany liniowych wymiarów próbki i ich niektórych właściwości 
mechanicznych – analiza termomechaniczna, 

- Termosonimetria - rejestrująca natężenie efektów akustycznych towarzyszących reakcjom, 

- Termoelektrometria – rejestrująca przewodnictwo, oporność oraz pojemność elektryczną, 

- Termomagnetometria – rejestrująca zmiany podatności magnetycznej próbki, 

- Termooptometria – rejestrująca zmiany zespołu własności optycznych substancji. 

Termiczna analiza różnicowa DTA 

DTA  umożliwia  wykrywanie  efektów  cieplnych,  które  towarzyszą  przemianom  fizycznym  lub 
chemicznym.  Polega  na  rejestracji  różnicy  temperatur  pomiędzy  substancją  badaną  a  substancją 
wzorcową (odniesienia), względem czasu lub temperatury. 

Substancja  odniesienia  musi  zostać  dobrana  tak,  aby  w  danym  zakresie  temperatur  nie  podlegała 
żadnym przemianom fizycznym lub chemicznym (najczęściej stosuje się Al

2

O

3

 lub MgO). 

Termiczna  analiza  różnicowa  pozwala  na  identyfikację  związków,  które  w  badanym  zakresie 
temperatur ulegają przemianom egzotermicznym lub endotermicznym. A wśród nich wyróżnić można: 

- reakcje chemiczne (utlenianie, redukcja, dysocjacja, synteza), 

- procesy fizyczne, głównie przemiany fazowe: 

- ze zmianą stanu skupienia (sublimacja, wrzenie, topnienie, krystalizacja) 

- bez zmiany stanu skupienia (przemiany polimorficzne). 

Zasada metody 

Ogrzewa  się  w  piecu  jednocześnie  i  w  takich  samych  warunkach  badaną  próbkę  oraz  próbkę 
wzorcową – taką, w której nie zachodzą żadne przemiany termiczne. Przy czym należy tak prowadzić 
ogrzewanie, by zależność temperatury od czasu miała charakter liniowy. 

Aby  można  było  zmierzyć  interesującą  różnice  temperatur  DT  próbki  i  próbki  wzorcowej,  w  obu 
próbkach  umieszczone  są  termoelementy.  Połączone  są  one  z  reszta  układu  tak  by  była  możliwość 
wyznaczenia DT. 

Jeżeli  w  próbce  nie  zachodzą  żadne  reakcje  przebiegające  z  efektem  cieplnym,  temperatury  obu 
próbek są takie same (T

s

=T

i

). Czyli DT=0. Jeżeli w próbce zajdą takie reakcje DT będzie różna od 0. 

 

Termograwimetria polega na rejestrowaniu zmian masy substancji podczas ogrzewania lub studzenia 
w funkcji czasu lub temperatury lub na pomiarze zmiany masy substancji ogrzewanej izotermicznie w 
funkcji czasu. Używane do tego celu urządzenia nazywa się termowagami. 

Składa  się  ono  z  wagi,  gdzie  do  szalki  przymocowany  jest  tygiel  z  badaną  próbką  umieszczony  w 
ogrzewanym piecu (wzrost lub spadek temperatury ma charakter liniowy). 

Strata ciężaru może być spowodowana: 

- dysocjacją termiczną połączoną z utratą np. wody, dwutlenku węgla, 

- sublimacją, 

- utlenianiem z wydzieleniem produktów gazowych. 

Wzrost ciężaru może być spowodowany: 

- utlenianiem nie związanym z dysocjacją 

Zmiany  masy  próbki  zapisywane  są  przez  układ  rejestrujący.  W  wyniku  tego  otrzymuje  się  krzywą 
termograwimetryczną w układzie masa próbki – temperatura. 

W celu poprawienia czytelności krzywych, często wykonywana jest też równolegle różnicowa analiza 
termograwimetryczna  (DTG).  Otrzymuje  się  wówczas  dodatkowo  pierwszą  pochodną  krzywej 
termograwimetrycznej względem czasu lub temperatury. 

Identyfikacja  substancji  w  DTA  polega  na  porównywaniu  uzyskanego  podczas  badania  wyniku 
(termogramu) z termogramami wzorcowymi. 

Każdy efekt termiczny jest charakteryzowany przez: 

-  Temperaturę  początku  reakcji  (wielkość  stała,  zależy  od  energii  potrzebnej  do  inicjalizacji  danego 
procesu w danych warunkach), 

- Temperaturę maksimum reakcji,  

- Powierzchnię efektu (miara ilości ciepła pobranego lub wydzielonego w reakcji), 

- Amplituda efektu (zależy od masy próbki, ciepła reakcji, ciepła właściwego próbki), 

- Wskaźnika kształtu przegięcia (wskazuje na tym reakcji).