1. ملاحظات عملی در تکنیک توزین حرارتی Experimental Considerations of Thermogravimetry Analysis (TGA) Method
1 - مرتضی دیلمی نژاد صابر زارع محسن سروری
کارشناس ارشد شیمی تجزیه، دانشگاه شیراز کارشناس ارشد شیمی تجزیه، دانشگاه شیراز دانشجوی دکتری تخصصی شیمی تجزیه، دانشگاه شیراز

2. جانمایی مقاله:روش آنالیز غیرمیکروسکوپی-روش‌های آنالیز حرارتی- ملاحظات عملی در تکنیک توزین حرارتی

3. آنالیز توزین حرارتی
روش‌های مبتنی بر آنالیز حرارتی بر اساس کمیت فیزیکی مورد بررسی به چندین دسته مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند:
روش دیلاتومتری (Dilatometery)
روش آنالیز حرارتی تفاضلی (Differential Thermal Analysis; DTA)
روش گرماسنجی روبشی تفاضلی (Differential Scanning Calorimetry; DSC)
روش آنالیز توزین حرارتی (Thermogravimetry Analysis; TGA)
روش مشتق توزین حرارتی (Derivative Thermogravimetry; DTG)

4. کالیبراسیون در روش‌های آنالیز حرارتی:
از نقطه کوری (Currie Point) مواد فرومغناطیس، برای تصحیح عقب‌افتادگی دمایی(Temperature Retardation) در روش‌های آنالیز حرارتی استفاده می‌شود. روش دیگر برای جبران عقب‌افتادگی دمایی استفاده از نقطه ذوب یا تبادل فازی مواد و ترکیبات استاندارد است.

5. کاربردهای روش توزین حرارتی ((TGA
بررسی پایداری دمایی مواد مختلف در دماهای بالا و تحت اتمسفر مورد نظر
تشخیص کیفی مواد و تشخیص برخی ترکیبات
آنالیز مخلوط‌های پیچیده
شبیه‌سازی فرایندهای صنعتی
مطالعات سینتیکی
مطالعات خوردگی
تهیه برخی مواد و ترکیبات
مطالعه تجزیه حرارتی مواد معدنی آلی و کانی
بررسی کلسینه‌کردن کانی‌ها
مطالعه واکنش‌های حالت جامد
تعیین سرعت تبخیر و تصعید مواد
مطالعه تقطیر و تبخیر مایعات

6. خطاها و مشکلات روش توزین حرارتی
مشکلات و خطاهای ایجاد شده در روش توزین حرارتی ناشی از موارد زیر است:
پدیده شناوری (Buoyancy)
پدید آمدن جریان همرفتی در داخل کوره و کاهش ارزش حرارتی محفظه نمونه
تصعید برخی مواد از منطقه گرم کوره و رسوب آن در قسمت سرد کوره
حساسیت ترموکوپل استفاده شده در کوره

7. تصحیح بویانسی یا شناوری ) Buoyancy Correction)
تصحیح بویانسی در نتایج اندازه‌گیری‌های روش آنالیز توزین حرارتی به علت تغییرات دانسیته گازها بر اثر افزایش دما که باعث افزایش جرم نمونه می‌گردد انجام می‌شود.
برای تصحیح شناوری یک ظرف خالی از نمونه را در شرایط دمایی یکسان با نمونه مورد آزمایش قرار داده و در نهایت منحنی مربوط به نمونه شاهد از منحنی نمونه کسر می‌شود.

8. تاثیر برخی عوامل بر روی منحنی‌های روش آنالیز توزین حرارتی و مشتق توزین حرارتی
ویژگی های نمونه
اثر دستگاهی
اندازه ذره
اتمسفر واکنش
هدایت حرارتی
اندازه و شکل کوره
ظرفیت حرارتی
مواد سازنده محفظه نمونه
دانیسته فشرده‌کردن مواد (قرص یا پودر)
شکل محفظه نمونه
شکستن و انبساط نمونه
سرعت حرکت دادن
درجه بلورینگی
جنس و موقعیت ترموکوپل
جرم نمونه
زمان پاسخ

9. اثر سرعت گرم‌شدن
با افزایش سرعت حرارت دادن دماهای اولیه و نهایی نیز افزایش می‌یابد (ولی نه به یک اندازه) و در نتیجه اختلاف بین دو دما که به فاصله واکنش معروف است نیز افزایش می‌یابد.

10. اثر جریان گاز خارجی
در صورت آنالیز با جریان هوای خشک، تجزیه اگزالات کلسیم بر اساس واکنش زیر در طی سه مرحله رخ می‌دهد:
در اتمسفر معمولی، دو مرحله اول با یکدیگر همپوشانی داشته و یک پیک در بازه دمایی بالاتر ظاهر خواهد شد.

11. تاثیر اتمسفر بیرونی نمونه
محیط کوره‌ای که آزمایش توزین حرارتی در آن انجام می‌شود می‌تواند دما‌های آغاز و پایان تغییر وزن را تحت تاثیر قرار دهد.

12. تاثیر جرم و اندازه نمونه
جرم نمونه به سه صورت بر روی منحنی آنالیز توزین حرارتی تاثیر می‌گذارد:
انحراف دمای نمونه از تغییرات دمایی خطی
نفوذ گازهای تولیدی از طریق فضای مرده اطراف ذرات جامد
وجود شار حرارتی زیاد در سراسر نمونه
مقدار زیاد نمونه که دارای نسبت سطح به حجم کوچک است، آهسته‌تر از نمونه‌ای با وزن یکسان ولی اندازه ذرات کوچکتر تجزیه می‌شود.

13. تفسیر منحنی‌های آنالیز توزین حرارتی و مشتق توزین حرارتی

14. نتیجه‌گیری
روش آنالیز توزین حرارتی و مشتق توزین حرارتی از مهمترین روش‌های تجزیه حرارتی هستند که به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش‌ها در مواردی نیاز به انجام تصحیحاتی برای افزایش صحت آنالیز دارند.
علت این تصیحات، تغییرات دانسیته گازها بر اثر تغییر دما، عقب‌افتادگی دمایی، سرعت گرم‌کردن، نوع گاز، اتمسفر بیرونی و مقدار نمونه مورد آنالیز است که بر شکل منحنی آنالیز توزین حرارتی و مشتق توزین حرارتی تاثیر می‌گذارند و بایستی به دقت کنترل شوند.