Phân tích nhiệt đồng bộ (STA, chẳng hạn như TG-DSC/DTA) có thể thu được cả thông tin về sự thay đổi khối lượng (TG) và hiệu ứng nhiệt (DSC/DTA) của mẫu, nhưng việc phân tích dữ liệu cho các hệ thống phức tạp (chẳng hạn như hỗn hợp nhiều thành phần, tạo trung gian phản ứng) cần kết hợp các nguyên tắc nhiệt động lực học với tối ưu hóa thiết kế thử nghiệm. Sau đây xin trình bày chiến lược phân tích từ ba mặt tiền xử lý dữ liệu, nhận dạng đỉnh đặc điểm, phân tích liên kết đa đường cong.
I. Tiền xử lý dữ liệu: loại bỏ tiếng ồn và trôi cơ bản
Lọc mịn
Sử dụng thuật toán Savitzky-Golay để làm mịn đường cong TG-DSC, chiều rộng cửa sổ cần được chọn theo mật độ điểm dữ liệu (thường là 5-15 điểm), tránh làm mịn quá mức dẫn đến biến dạng đỉnh đặc trưng. Ví dụ, khi vật liệu polymer phân hủy nhiệt, các bước mất khối lượng nhỏ có thể bị che khuất bởi tiếng ồn và có thể được xác định rõ ràng sau khi làm mịn.
Sửa đường cơ sở
TG Baseline: Sự trôi dạt của một nồi nấu trống như Al₂O₃ được khấu trừ thông qua phù hợp tuyến tính hoặc đa thức, đặc biệt chú ý đến độ nghiêng của đường cơ sở ở vùng nhiệt độ cao (>500 ° C) do sự giãn nở nhiệt của thiết bị.
Đường cơ sở DSC: Sử dụng phương pháp tiếp tuyến hoặc phương pháp cơ sở đối xứng để điều chỉnh đường cơ sở của các đỉnh biến đổi pha như nóng chảy, kết tinh, đảm bảo tính toán biến entanpy chính xác. Ví dụ, đỉnh chuyển pha rắn của hợp kim kim loại đòi hỏi phải khấu trừ chính xác dòng nhiệt nền.
B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)
Phân tích đường cong TG theo từng giai đoạn
Đường cong thay đổi khối lượng được chia thành các giai đoạn như mất nước, phân hủy, oxy hóa, v.v., xác định nhiệt độ đỉnh tốc độ từng giai đoạn (Tp) bằng đạo hàm thứ nhất (DTG). Ví dụ, sự phân hủy nhiệt đa hình của thuốc có thể xuất hiện một đường cong DTG hai đỉnh tương ứng với sự chuyển đổi của các hình dạng khác nhau, tương ứng.
Mối liên hệ giữa đỉnh DSC và sự kiện TG
Đỉnh hấp thụ nhiệt: thường tương ứng với phản ứng nóng chảy, thăng hoa hoặc phân hủy (như hấp thụ nhiệt phân hủy cacbonat).
Đỉnh tỏa nhiệt: có thể là phản ứng oxy hóa, kết tinh hoặc trùng hợp (chẳng hạn như tỏa nhiệt liên kết ngang của vật liệu polymer).
Phân tích đồng bộ: Khi đỉnh tỏa nhiệt DSC chồng chéo với sự sụt giảm đột ngột khối lượng TG, phản ứng đốt cháy oxy hóa (chẳng hạn như đốt cháy chất hữu cơ để tạo ra CO ₂ và H₂ O) được gợi ý.
B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)
Chất lượng - Xác minh đồng bộ dòng nhiệt
Nếu TG cho thấy sự mất mát khối lượng nhưng DSC không có hiệu ứng nhiệt, nó có thể là loại bỏ nước hấp phụ vật lý; Nếu cả hai thay đổi đáng kể, nó cho thấy một phản ứng hóa học, chẳng hạn như nhiệt phân, đã xảy ra. Ví dụ, các vật liệu tích cực của pin lithium-ion như LiCoO₂ phân hủy oxy ở nhiệt độ cao và mất khối lượng TG xảy ra đồng bộ với đỉnh tỏa nhiệt mạnh DSC.
Tính toán tham số động
Kết hợp với dữ liệu TG, sử dụng phương pháp Friedman hoặc Ozawa để tính toán năng lượng kích hoạt (Ea), xác minh các chức năng cơ học của mối quan hệ giữa nhiệt độ đỉnh DSC và tốc độ nóng lên (như phương trình Avrami để mô tả quá trình kết tinh). Ví dụ, tính toán Ea cho kết tinh lại hợp nhất polymer có thể phân biệt giữa quá trình chuyển pha chính và quá trình kiểm soát khuếch tán.
IV. Kết luận kỹ thuật
Thí nghiệm đối chứng: Sử dụng các mẫu tiêu chuẩn (ví dụ indi, kẽm) để hiệu chỉnh nhiệt độ và độ chính xác của dòng nhiệt, loại trừ lỗi dụng cụ.
Tích phân phân đoạn: Để tính toán entanpy (ΔH) cho đỉnh DSC, cần khấu trừ đường cơ sở và sửa đổi ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt dung.
Hỗ trợ phần mềm: Sử dụng phần mềm chuyên nghiệp như TAUniversalAnalysis, NETZSCHPROTEUS để thực hiện phân tích đỉnh và động học, nâng cao hiệu quả và độ chính xác.
Thông qua tiền xử lý hệ thống, định vị đỉnh đặc trưng và liên kết đa đường cong, dữ liệu phân tích nhiệt đồng bộ có thể được phân tích sâu, cung cấp cơ sở chính để đánh giá độ ổn định nhiệt của vật liệu và nghiên cứu cơ chế phản ứng.