Metody termické analýzy

Metodami termické analýzy jsou sledovány reakce probíhající při zahřívání vzorku studovaného minerálu (např. dehydratace, oxidace, tepelná disociace, krystalizace, tání, přeměny polymorfních modifikací). Tyto procesy jsou vždy doprovázeny změnou hmotnosti vzorku resp. uvolňováním nebo pohlcováním energie (tepla). Podle toho se široké spektrum metod termické analýzy dělí na dvě skupiny: metody diferenční termické analýzy a termogravimetrické metody. Vzorek je umístěn do zvláštní aparatury a je zde zahříván, obvykle v intervalu teplot 20° C – 1000° C konstantní rychlostí 10° C/min.

Diferenční termická analýza (DTA) studuje enegretické (teplotní) změny vzorku při postupném zvyšování teploty. Podstatou metody je srovnávání teploty analyzovaného vzorku a inertní látky, které je zahřívána současně se vzorkem (v inertní látce během zahřívání neprobíhají žádné tepelné změny). Během zahřívání probíhají ve vzorku různé reakce, které lze rozdělit do dvou skupin: reakce endotermní a exotermní. Při reakcích endotermních se teplo spotřebovává a vzorek se proto oproti inertní látce ochlazuje. Patří sem dehydratace (ztráta H₂O), dehydroxylace (ztráta (OH)^–), disociace (např. CaCO₃ -> CaO + CO₂), přeměna polymorfních modifikací (např. nižší křemen -> vyšší křemen). Reakce exotermní jsou naopak doprovázeny vydáním tepla, proto se vzorek oproti inertní látce zahřívá. Patří sem oxidace (např. Fe²⁺ -> Fe³⁺) a krystalizace v pevném stavu. Energetické (termické) změny studovaného vzorku vůči inertní látce s rostoucí teplotou se zaznamenávají. Výsledkem je křivka DT, z jejíhož průběhu lze usuzovat na jednotlivé výše jmenované reakce (obr. 6.5 a 6.6). Endotermním reakcím odpovídají minima křivky (vzorek se relativně ochlazoval), exotermním reakcím maxima křivky (vzorek se relativně ohříval). Průběh křivek DT je navíc pro jednotlivé minerály charakteristický, proto je lze použít k diagnostickým účelům.

Termogravimetrie (TGA) je založena na sledování hmotnostních změn vzorku při zahřívání. Při určitých teplotách dochází k uvolnění krystalové vody (dehydroxylaci a dehydrataci). Změna hmotnosti vzorku v závislosti na teplotě se zaznamenává. Výsledkem je termogravimetrická křivka studovaného minerálu (označuje se zkratkou TG). Z průběhu termogravimetrické křivky lze studovat například typ a množství krystalové vody v minerálu. K přesnějšímu určení teplot, při nichž dochází ke hmotnostním změnám vzorku, se často současně zaznamenává první derivace termogravimetrické křivky (tzv. křivka DTG). Minima na této křivce odpovídají inflexím na křivce TG a označují teploty, při nichž docházelo k nejintenzivnějším změnám hmotnosti.

Moderní přístroje běžně umožňují současné provedení TGA a DTA. Výsledkem je záznam s křivkami TG, DTG a DT (obr. 6.7). Vyhodnocení záznamů se u starších přístrojů provádí pomocí tabulek, u nových pomocí počítačů. Metody termické analýzy jsou v praxi používány nejčastěji ke studiu jílových minerálů (keramický průmysl).

další »»