El análisis térmico simultáneo (sta, como la combinación de Tg - DSC / dta) puede obtener simultáneamente información sobre el cambio de masa de la muestra (tg) y el efecto térmico (dsc / dta), pero el análisis de datos de sistemas complejos (como mezclas multicomponentes, generación de intermediarios de reacción) debe combinarse con principios termodinámicos y optimización del diseño experimental. A continuación, se exponen las estrategias analíticas desde tres aspectos: preprocesamiento de datos, reconocimiento de picos característicos y análisis de asociación multicurva.
I. preprocesamiento de datos: eliminación del ruido y deriva de la línea de base
Suavizado y filtrado
La curva Tg - DSC se suaviza con el algoritmo savitzky - golay, y el ancho de la ventana debe seleccionarse de acuerdo con la densidad de los puntos de datos (generalmente 5 - 15 puntos) para evitar la distorsión de los picos característicos causada por el suavizado excesivo. Por ejemplo, cuando los materiales poliméricos se descomponen térmicamente, los pequeños escalones de pérdida de masa pueden ser ocultos por el ruido y pueden ser claramente identificados después de suavizarse.
Corrección de referencia
Línea de base de tg: restar la deriva de crisoles en blanco (como al o) mediante ajuste lineal o polinómico, prestando especial atención a la inclinación de la línea de base causada por la expansión térmica del instrumento en la zona de alta temperatura (> 500 ° c).
Línea de base dsc: corregir la línea de base de los picos de Transición de fase, como la fusión y la cristalización, utilizando el método de línea de base de corte o el método de línea de base simétrica, para garantizar que el cálculo del cambio de Entalpía sea preciso. Por ejemplo, el pico de transformación de fase sólida de una aleación metálica requiere una deducción precisa del flujo de calor de fondo.
II. identificación de picos característicos: localización de eventos clave en combinación con parámetros termodinámicos
Análisis por etapas de la curva Tg
La curva de cambio de masa se divide en etapas de deshidratación, descomposición y oxidación, y la temperatura máxima de la velocidad (tp) de cada etapa se determina a través de la primera derivada (dtg). Por ejemplo, la descomposición térmica del tipo policristalino del medicamento puede presentar una curva DTG de doble pico, que corresponde a la transformación de diferentes tipos de cristal, respectivamente.
La Asociación del pico DSC con el evento Tg
Pico de absorción de calor: a menudo corresponde a reacciones de fusión, sublimación o descomposición (como la absorción de calor por descomposición de carbonatos).
Pico de Liberación de calor: puede ser una reacción de oxidación, cristalización o polimerización (como la liberación de calor por enlace cruzado de materiales poliméricos).
Análisis simultáneo: cuando el pico de Liberación de calor de DSC se superpone a la caída repentina de la masa de tg, se sugiere una reacción de combustión por oxidación (como la combustión de materia orgánica para producir CO2 y h2o).
3. análisis de correlación multicurva: revelando el mecanismo de reacción y la dinámica
Verificación simultánea de la masa y el flujo de calor
Si el Tg muestra una pérdida de masa pero el DSC no tiene efecto térmico, puede eliminarse para el agua de adsorción física; Si ambos cambian significativamente, indica que se producen reacciones químicas (como la descomposición térmica). Por ejemplo, los materiales de cátodo de las baterías de iones de litio, como licoo¿ se descomponen y liberan oxígeno a altas temperaturas, y la pérdida de masa de Tg aparece simultáneamente con el fuerte pico de Liberación de calor de dsc.
Cálculo de parámetros dinámicos
Combinando los datos de tg, se calcula la energía de activación (ea) mediante el método Friedman o el método ozawa, y se verifican las funciones del mecanismo a través de la relación entre la temperatura máxima DSC y la tasa de calentamiento (como la ecuación Avrami para describir el proceso de cristalización). Por ejemplo, el cálculo de EA de la recristalización de fusión de polímeros puede distinguir entre la transición de fase primaria y el proceso de control de difusión.
IV. Resumen de las habilidades
Experimento controlado: utilice muestras estándar (como indio y zinc) para calibrar la temperatura y la precisión del flujo de calor, excluyendo el error del instrumento.
Integración segmentada: para calcular el cambio de Entalpía (△ h) de la integración de área en el pico dsc, es necesario deducir la base de referencia y corregir el impacto del cambio de capacidad térmica.
Asistencia de software: utilice software profesional (como taiversal analysis, netzschproteus) para el ajuste de picos y el análisis dinámico para mejorar la eficiencia y precisión.
A través del preprocesamiento del sistema, la localización de picos característicos y la Asociación de múltiples curvas, los datos del análisis térmico simultáneo se pueden analizar en profundidad, proporcionando una base clave para la evaluación de la estabilidad térmica de los materiales y el estudio del mecanismo de reacción.