Skillnad mellan TGA DTA och DSC

Huvudskillnad - TGA vs DTA vs DSC

TGA, DTA och DSC är tre termer som används för att beskriva analys av föreningar som deltar i kemiska reaktioner med användning av temperaturförändringar hos dessa föreningar. TGA står för termisk gravimetrisk analys och DTA står för differentialvärmeanalys medan DSC står för differentialscanningskalorimetri. Alla dessa tre tekniker är typer av termisk analys. Huvudskillnaden mellan TGA DTA och DSC är metoden för mätning av förändringar i prov som orsakas av värme. I TGA mäts provets massaförändring med den ökande temperaturen medan i DTA mätes temperaturskillnaden som bygger upp mellan provet och en referens och i DSC mäts värmen som släpps under en kemisk process.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är TGA
      - Definition, analysmetod, tillämpningar
2. Vad är DTA
      - Definition, analysmetod, tillämpningar
3. Vad är DSC
      - Definition, analysmetod, tillämpningar
4. Vad är skillnaden mellan TGA DTA och DSC
      - Jämförelse av viktiga skillnader

Nyckelbegrepp: Differential Scanning Calorimetry, Differentiell Termisk Analys, DSC, DTA, TGA, Termisk Analys, Termisk Gravimetrisk Analys

Vad är TGA

TGA är termisk gravimetrisk analys. Det är en termisk analys teknik. Här observeras förändringen av massan av ett prov och analyseras med temperaturändringen. Detta kan också mätas som en funktion av tiden vid en konstant temperatur. Denna metod används ofta för analys av provrenhet, karbonat och organiskt material i provet, etc.

De ämnen som kan analyseras med hjälp av denna teknik innefattar oorganiska material, metaller, polymerer, plast, keramik, glasögon och kompositmaterial. Enheten som används för detta ändamål kallas termogravimetrisk analysator. Det mäter provets massa kontinuerligt med temperaturändringen. De grundläggande parametrarna som mäts från TGA är massa, temperatur och tid.

Figur 1: Ett termogram som visar massförändringen av ett ämne vid olika temperaturer.

För att ta noggranna mätningar ökar eller minskar temperaturen gradvis och massan mäts kontinuerligt. Analysen kan utföras vid olika atmosfäriska förhållanden, såsom normala atmosfärsbetingelser och vid vakuum.

TGA kan användas för att utvärdera substansens termiska stabilitet. Ibland är det väldigt bra att bestämma de massförändringar som sker i förbränningsreaktioner. För mycket flyktiga föreningar kan TGA vara en bra teknik för bestämning av avdunstningshastigheten. Denna metod bidrar också till att bestämma curie temperaturen av ämnen.

Vad är DTA

DTA eller Differential Thermal Analysis är en termisk analysteknik. Här mäts temperaturskillnaden som utvecklas mellan ett prov och en referensförening vid identiska värmebehandlingar. Referensmaterialet ska vara inert. Både referensmaterial och prov bör ges med samma villkor och samma behandlingar.

Om det finns en nollskillnad mellan provets temperaturer och referensen, är provföreningen termiskt inert. Detta beror på att referensmaterialet också är termiskt inert och provet analyseras med avseende på referensmaterialet.

Figur 2: En differential termisk analysator med en ansluten masspektrometer.

Analysorn består av en provhållare, sensorer, ugn, temperaturstyrningssystem och ett inspelningssystem. Detta instrument kan användas vid mycket höga temperaturer. Det är också mycket känsligt. Dessa är fördelarna med DTA-metoden.

DTA-teknik kan användas vid analys av minerals termiska egenskaper, för karakterisering av polymerer; I läkemedels- och livsmedelsindustrin kan den användas som ett sätt att analysera biologiska material.

Vad är DSC

DSC är differentialscanningskalorimetri. I DSC mäts värmeflödet mot temperaturändringen vid en viss tidpunkt. Instrumentet som mäter DSC (kalorimeter) använder två kamrar för att hålla provet och ett referensmaterial. Referenskammaren är fylld med ett lösningsmedel. Provkammaren fylls med provsubstansen upplöst i samma lösningsmedel (samma mängd) som används som referens. Denna teknik kan användas för både ämnen och kemiska reaktioner.

Figur 3: En differentialskanningskalorimeter

Vid slutet av experimentet erhålles ett termogram. Detta termogram ger avvikelsen för värmeenergin som frigörs av provet med avseende på referensen. Kurvan för referens kallas baslinjen. En avvikelse ovanför baslinjen kallas exoterm övergång och en avvikelse under baslinjen kallas en endoterm övergång. Området under toppen är direkt proportionellt mot mängden värmeenergi absorberad eller frisatt av provet.

I denna metod är en liten mängd av provet tillräckligt för analysen. Detta beror på att provet är upplöst i samma lösningsmedel som används i referenskammaren före analys. Denna teknik är användbar för bestämning av reaktionsvärmen av en viss kemisk reaktion. Både prov och referens bör emellertid ges samma villkor och samma värmebehandlingar bör göras för båda för att få exakta resultat.

Skillnad mellan TGA DTA och DSC

Definition

TGA: TGA är termisk gravimetrisk analys.

DTA: DTA är differentiell termisk analys.

DSC: DSC är differentialscanningskalorimetri.

Teknik

TGA: I TGA observeras förändringen av massan av ett prov med temperaturförändringen och analyseras.

DTA: I DTA mäts temperaturskillnaden som utvecklas mellan ett prov och en referensförening vid identiska värmebehandlingar.

DSC: I DSC mäts värmeflödet mot temperaturändringen vid en viss tidpunkt.

Föreningar analyserade

TGA: TGA kan användas för att analysera oorganiska material, metaller, polymerer, plast, keramik, glasögon och kompositmaterial.

DTA: DTA kan användas för att analysera termiska egenskaper hos mineraler, för karakterisering av polymerer och biologiska material.

DSC: DSC kan användas för analys av proteiner, antikroppar etc..

Provets art

TGA: Provet kan användas som en fast substans i TGA som ett pulver eller små bitar.

DTA: Provet kan användas i sitt fasta tillstånd för DTA.

DSC: Provet är alltid en vätska; ämnet som ska analyseras löses i lösningsmedlet som används som referens.

Slutsats

TGA, DTA och DSC är termiska analystekniker. Dessa tekniker används för att analysera beteendet hos en viss substans när temperaturen ändras. Dessa tekniker är också användbara för vissa kemiska reaktioner för att finna förhållandet mellan reaktionerna och temperaturen. Huvudskillnaden mellan TGA, DTA och DSC är metoden för mätning av förändringar i prov som orsakas av värme.

referenser:

1. "Differential Scanning Calorimetry." Kemi LibreTexts, Libretexts, 7 Jan. 2017, Tillgänglig här. Åtkomst 27 september 2017.
2. Samira Mohammadpour. "Differentiell termisk analys och Differential Scanning Calorimetry." LinkedIn SlideShare, 6 Aug. 2014, Tillgänglig här. Åtkomst 27 september 2017.
3. "Termogravimetri (TG) eller Termogravimetrisk Analys (TGA) eller Termisk Gravimetrisk Analys." Anderson Materials Evaluation, Inc., Tillgänglig här. Åtkomst 27 september 2017.

Image Courtesy:

1. "Whewellite tga" (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "210 014 001" av U.S. Department of Energy (Förenta staternas regeringsarbete) via Flickr
3. "Differential scanning calorimeter" (Public Domain) via Commons Wikimedia