TGA

Termogravimetrik Analiz:

Termogravimetrik Analiz

TERMAL ANALİZ:

TERMAL ANALİZ Termal analizin;sıcaklık değişimlerinin etkileşimleriyle bağlantılı olarak numune özelliklerinde ki değişimin analiz edilmesidir. Numune özellikleri olarak; termodinamik (ısı,sıcaklık,entalpi,kütle,hacim vb..) ,malzeme özellikleri (sertlik young modülü,hassasiyet), kimyasal bileşimi yada yapısı ifade edilmektedir

Termogravimetrik Analiz (TGA):

Termogravimetrik Analiz (TGA) TGA numunenin kütlesinin, numunenin sıcaklığına ya da zamana göre ölçümüdür. Numune genel olarak sabit sıcaklık değerinde ısıtılır ya da sabit bir sıcaklıkta tutulur. TGA kontrollü örnekle doğrusal olmayan sıcaklık programları da kullanılabilir. Sıcaklık programı seçimi numune hakkında istenen bilgiye dayalıdır. Ayrıca TGA deneylerinde atmosfer, reaktif, inert ya da oksit olabilmesinden dolayı çok önemli bir işleve sahiptir.

Termogravimetrik Analiz (TGA):

Termogravimetrik Analiz (TGA) Alternatif olarak, TGA eğrilerinin birinci türevi zaman ya da sıcaklığa bağlı olarak kullanılabilir. Bu değerler de kütle değişimini gösterir. Bu eğrilere DTG eğrileri adı verilir. TGA ölçümünün sonunda kütlenin ya da % kütlenin zamana ya da sıcaklığa karşı grafiği TGA eğrileri olarak görüntülenebilir. Kütle değişikliği numunenin birkaç farklı yoldan malzeme kaybıyla yada onu saran ortamla reaksiyona girmesiyle oluşur. Bu oluşumda TGA eğrilerinde bir adım şeklinde yada DTG eğrilerinde bir doruk noktası şeklinde oluşur.

Slide 5:

TGA eğrilerinde adımların oluşturan kütle kaybına sebep olan birçok farklı neden olabilir. Örneğin: uçucu bileşenlerin buharlaşması ; kuruma, gaz emilimi ya da buharlaşması vb.. hava yada oksijen ortamında metalin oksitlenmesi inert gaz bulunan ortamlarda termal bozunma ; organik bileşikler. Heterojen kimyasal reaksiyonlar Ferromanyetik malzemeler ; sıcaklıkla bazı malzemelerin manyetik özelliklerin değişimi

Slide 7:

Termobalans : TGA nın en önemli bölümü; numune ağrılığının sıcaklık ve zamana göre fonksiyonunu ölçen termobalanstır. TGA sonuçlarını etkileyen başlıca faktörler: AĞIRLIK için ; batmama ve termal genleşme atmosfer ortamı yoğunlaşma ve reaksiyona girme elektrostatik ve manyetik kuvvetler elektronik eğilim SICAKLIK için ; ısıtma hızı termal iletkenlik sürecin entalpisi numune ocak ve sensör yerleşim düzeni elektronik eğilim

TASARIM VE ÖLÇÜM PRENSİPLERİ :

TASARIM VE ÖLÇÜM PRENSİPLERİ

NUMUNE HAZIRLAMA :

NUMUNE HAZIRLAMA TGA deneyleri için numune hazırlamada bir çok faktörü göz önüne almak gerekir. Bunlar; Numune, analiz edilecek malzemenin tüm özelliklerini taşımalıdır. Numunenin kütlesi test için gerekli yeterlilikte olmalıdır. Numune, numune hazırlama aşamasında çok az değişim gösterebilmesi gerekir. Numune de, numune hazırlama aşamasında kirlenme oluşmamalıdır. Deneyde kullanılan kütle, ısı transfer süreci ve benzer difüzyonlar sırasında kütle kayıp oranlarını etkileyebilir.

ÖLÇÜM YAPMAK :

ÖLÇÜM YAPMAK Termogravimetrik ölçümleri bir çok faktör etkileyebilir. Bu faktörler: Metot parametreleri; ısıtma hızı, atmosfer ortamı Numune hazırlama,örnek boyutu, homojenlik, numune şekli:kaba taneli yada ince taneli olma durumu Pota seçimi Aletin etkileri, batmama ve gaz akışı durumu Fiziksel özelliklerin değişimi Numunenin şişmesi ve ya hareket etmesi, bu olayların en aza indirebilmek için numune öğütülebilir ya da Platinyum ağ ile kaplanabilir.

Kısmi reaksiyon kararlılığı üzerinde ısıtma hızının etkisi, sağda bulunan diagram kesik ve düz TGA eğrileri bakır sülfat pentahidrit in 5 ve 25 K/d konvansiyonel olarak ölçümüyle oluşturulmuştur. Kalın kesikli çizgi ise kontrollü ısıtma hızlı numune için kaydedilmiş eğrilerdir. Bu sunumda zaman kütle eğrileri verilmiştir. Düşük ısıtma hızından dolayı eğri dikeye yakın oluşmuştur. Reaksiyon hemen hemen isotermal olarak meydana gelmiştir. Zaman ve kütle grafiğinde ise 3 eğrinin adımları benzer şekilde oluşmuştur. Daha detaylı incelendiğinde numunenin kontollü ısıtma değerleri kullanılarak daha iyi ayrışma sağlanmıştır.:

Kısmi reaksiyon kararlılığı üzerinde ısıtma hızının etkisi, sağda bulunan diagram kesik ve düz TGA eğrileri bakır sülfat pentahidrit in 5 ve 25 K/d konvansiyonel olarak ölçümüyle oluşturulmuştur. Kalın kesikli çizgi ise kontrollü ısıtma hızlı numune için kaydedilmiş eğrilerdir. Bu sunumda zaman kütle eğrileri verilmiştir. Düşük ısıtma hızından dolayı eğri dikeye yakın oluşmuştur. Reaksiyon hemen hemen isotermal olarak meydana gelmiştir. Zaman ve kütle grafiğinde ise 3 eğrinin adımları benzer şekilde oluşmuştur. Daha detaylı incelendiğinde numunenin kontollü ısıtma değerleri kullanılarak daha iyi ayrışma sağlanmıştır.

Slide 12:

TAVA ETKİSİ Tavaların malzeme tipi, numunelerin reaksiyonundan etkilenmeyecek şekilde oluşturulmalıdır. Genelde alümina tavalar TGA ölçümlerinde kullanılmaktadır. Bu tavalar 1600C° ye kadar kullanım avantajına sahiptir. Safir tavalar alümina tavalara göre daha dayanaklıdır ve özellikle demir gibi yüksek erime noktasına sahip metallerin TGA ölçümlerinde uygundur. Alümina tavalarda yüksek sıcaklıklarda kısmi erime yada numuneyi kirletme olasılığı vardır. Platinyum tavalar DTA nın performansını arttıran termal iletkenliğe sahiptir. Ancak metal numunelerde kullanılmadan önce hasar görmüş Platinyum tavaların üzerine α-alüminyum oksit tozu ile ince bir tabaka ile kaplanarak metal ile tavanın alaşımlanması engellenmiş olur

Slide 13:

OCAK ATMOSFERİNİN ETKİSİ Eğer gaz olarak helyum edildiğinde çalışma sıcaklığı 700 C°’nın altında olmalıdır. Reaktif gazlar hava, oksijen veya hidrojenin argonla seyreltilerek (%96 argon-%4 hidrojen) patlama olasılığı engellenmiş olur. Genel olarak reaktif ve saf gazlar için akışkan hızı 30ml/dk kullanılır.

Slide 14:

Şekildeki örnekte normal atmosfer basınçlarında 320 C° üzeri sıcaklıkta kütle kayıp eğrileri iki adımda oluşmaktadır.Ölçüm 1.5 KPa basıncın altına düşürüldüğünde ölçümde bir gelişme oluşur. Ayrıştırma iki adımda ve çok daha yükselmiş olur. BASINÇ AZALTIMININ ETKİSİ Buharlaşma yada yoğunlaşma boyunca kütle kayıpları bozunma sırasında sık sık oluşur ve bu nedenle kütle kayıplarını birbirinden ayırmakta güçlük çekilebilir. Ayrımın etkisini arttırabilmek için ölçüm alanının basıncı düşürülerek yapılabilir.

Slide 15:

TGA EĞRİLERİN YORUMLANMASI TGA eğrilerine ek olarak diğer eğrilerin bir çoğu bazı hedefleri yorumlayabilmek için kullanılır. Birinci türev (DTG eğrisi, kütlenin değişim hızı) DTA eğrisi ( DSC ye benzer olayları endotermik,ekzotermik olayları yorumlayabilmek için kullanılır)

Slide 19:

TGA BİLGİLERİNİN YORUMLANMASI

İÇERİK BELİRLEME :

İÇERİK BELİRLEME İçerik belirleme, bileşimde ölçüm sırasında kaybolanlar (buharlaşma, nem, kalıntı-serbest çözünme reaksiyonları,siyah karbon) belirlendiğinde işlem çok kolaydır. İçerik yüzdesi “G” kütle kaybı “Δm” ve ilk numune yükünden “m ۪ 0” hesaplanabilir. Sadece kısmi kütle kayıplarında [(dekarbonilasyon ( bileşiğin CO2 kaybetmesi), dehidrasyon(kurutma) ] stokiyometri reaksiyonlarında (elementlerin birbirleri ile ne nispetlerde birleştikleri) G denklemi kullanılarak hesaplanabilir. Mgas = çıkan gazın mol ağırlığı M = örnek malzemesinde orjinal bileşimin payı N = örnek malzemesinin her molünde çıkan gazın mol sayısı

Slide 23:

Kireç taşı numunesinin içeriğinde kalsiyum karbonatın belirlenmesi ; Her molekülünden 1 CO2 molekülü açığa çıkar. Bunun anlamı n=1 , M=100 gr/mol ve Mgaz= 44 gr/mol. Numune kütlesi m0= 10.1360 mg , ölçülen kütle kaybı Δm= 4.2439 mg. Bu değerler denkleme yerleştirildiğinde CaCO3 bileşimi =%95.16 olarak bulunur.

TEŞEKKÜRLER….:

TEŞEKKÜRLER….