180699. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus készülék termomérleg által szolgáltatott adatok folyamatos reakciókinetikai feldolgozására
3 180699 4 nizmusát jellemző függvény f = (1 — x)n érvényes, ahol az x, a konverzió mértéke egyszerű összefüggésben van a vizsgált részreakcióra vonatkozó teljes súlyváltozással (m0) és az (m) maradék súllyal; x=l—m/m0. A gyakorlatban azonban sokszor fordulnak elő olyan esetek, amikor pl. polimerek hőbomlásánál a súlyváltozás csak már a bomlás (pl. lánctördelés) bizonyos fokú előrehaladása után, hirtelen jelentkezik. Egyik, az ilyen viszonyokat figyelembevevő, az irodalomból ismert közelítő kifejezés: m/m0=(l — x)1 (1+lx), ahol az 1 1, 2, 3 ... egész értéket vehet fel és megadja a legnagyobb polimerlánctöredék nagyságát, amely már el tud gőzölögni és így súlyváltozást okoz. Ennek a kifejezésnek használatával lehetőség nyílik a súlyváltozás értékekből egyes polimerek hőbomlásának valódi lefutására következtetni. A találmányunk szerinti készülék éppen azt a célt szolgálja, hogy a mérés során közvetlenül, a termomérleg által szolgáltatott TG- (és esetleg DTG-) görbe mellett, azzal egyidőben, egyazon minta alapján, tehát azonos kísérleti körülmények között, a reakciósebesség hőmérsékleti függvényét, vagyis a legegyszerűbb, szokásos előállításban és néven, az ún. Arrhenius-féle összefüggés képét is regisztrálni lehessen. A találmányunk szerinti készülék megszerkesztésénél abból indultunk ki, hogy a szokásos TG- és DTG-görbe ugyan tartalmaz reakciókinetikai információt, de míg a mérés kezdetén a súlyváltozás sebességét leíró DTG- görbe közelíti az elméleti reakciósebesség-görbét, addig a mérés, vagyis az anyagminta elfogyásának előrehaladtával ilyen jelentése mindjobban eltorzul és ahelyett, hogy törvényszerűen, a hőmérséklet növelése során rohamosan mindvégig nőne, a DTG-görbe egy maximum elérése után visszafordul és rohamosan csökkenni kezd, ami a rendelkezésre álló anyagminta rohamossá való fogyása miatt következik be. Ez a jelenség mutatja, hogy a DTG-görbe valójában a mérleg kitérésének sebességét és nem a reakció sebességét írja le. Látható tehát, hogy még az eddig ismert legteljesebb információt nyújtó deriváló termomérlegek által szolgáltatott DTG-görbe sem írja le még közelítőleg sem a reakció sebességének felfűtés szerinti változását, hanem csupán az adott minta súlyváltozásának sebességét, vagyis a mérlegkitérésnek a felfűtés során bekövetkező változásaihoz tartozó sebességét adja meg és ezért nem használható fel közvetlenül a reakciósebesség hőmérsékleti függvényeként. A találmányunk szerinti elektronikus készülék a legfejlettebb termomérlegek, a deriváló termomérlegek által szolgáltatott DTG-görbék fent jellemzett fogyatékosságát a TG-görbe alapján csökkenti, mert ennek segítségével a vizsgálandó anyag pillanatnyi mennyiségére vonatkoztat, azáltal, hogy a DTG-jel pillanatnyi értékeit folyamatosan osztja a TG-jel — megfelelő hatványon vett — ugyanazon pillanathoz tartozó értékeivel. A hatványkitevőt a reakciókinetikából ismeretes módon, a reakciórendet jellemző számérték határozza meg. Ezt a pillanatról pillanatra képezett hányadost logaritmizálva, illetve célszerűen, a logaritmusok különbségét képezve, a találmányunk szerinti készülék közvetlenül előállítja a reakciósebesség hőmérséklet szerinti változásának súlyváltozással történő közelítő leírására alkalmas függvény villamos jelét, amelyet a fenti előállítási mód alapján a továbbiakban különbségi jelnek nevezünk. A találmányunk szerinti készülék által ily módon előállított különbségi jelet adatrögzítőre, vagy regisztrálóra csatlakoztatjuk, amely azonban ezt nem a termőgravimetriában szokásos módon, vagyis a termomérleg által szolgáltatott hőmérsékleti (továbbiakban t) jel függvényében, hanem annak az abszolút hőmérsékleti skálára transzformált reciprok értéke (továbbiakban l/T) szerint ábrázolja. A találmány célja tehát olyan készülék kialakítása, amelyet termomérleg és egy adatrögzítő (pl. regisztráló) közé csatolva a termomérleg által szolgáltatott TG- és/vagy DTG-jelböl folyamatosan és egyidejűleg előállíthatok az illető kémiai reakció sebességi állandójának logaritmusát közelítő F függvény pillanatnyi értékei, valamint a termomérleg által folyamatosan szolgáltatott t-jel l/T-skálára transzformált értékei. A készülék által átalakított és kimenőjelként az adatrögzítőnek továbbított két pillanatnyi értéket egymás függvényében regisztrálva, közvetlenül és folyamatosan kapjuk az ismert Arrhenius-féle reakciókinetikai összefüggést. A találmányunk szerinti elektronikus készülék ezt azzal éri el, hogy a termomérleg által szolgáltatott TG-jel számára létesített TG-jel bemenete és ehhez tartozó különbségi jel kimenete, valamint a termomérleg által szolgáltatott t-jel számára létesített t-jel bemenete és ehhez tartozó l/T-jel kimenete van. A TG-jel bemenethez TG-alapszint komparátor egység csatlakozik, a különbségi jel kimenete előtt különbségi jel képző egység van. A TG-alapszint komparátor egység és a különbségi jel képző egység közé egyrészt TG-logaritmizáló egységből és reakciórend értékével szorzó egységből, másrészt TG-diíferenciáló egységből és az így előállított DTG-t logaritmizáló egységből álló párhuzamos kapcsolás, a t-jel bemenet és az ehhez tartozó l/T-jel kimenet közé t-jel alapszint komparátor egység és reciprokképző egység van iktatva. A találmány tehát elektronikus készülék termomérleg által szolgáltatott adatok Arrhenius-féle feldolgozására, amelynek adatrögzítő végfokozata, valamint ennek t egyik bemenetére csatlakoztatott l/T átalakítója van és amelynek lényege, hogy az adatrögzítő végfokozat má.sik bemenetére TG-jel átalakító egység van csatlakoztatva, amelynek TG-jel bemenete és különbségi jel Kimenete van, a TG-jel bemenethez TG-alapszint komparátor egység csatlakozik; a különbségijei kimenet előtt különbségi jel képző egység van; a TG-alapszint icomparátor kimenetéhez elágazási pont csatlakozik, amelyből az áramkör kétfelé ágazik, az egyik ágban az elágazási ponthoz komparáit TG logaritmizáló eg3rség bemenete csatlakozik, annek kimenetéhez reakciórend értékével szorzó egység bemenete csatlakozik; a másik ágban az elágazási ponthoz komparáit TG-jelet differenciáló egység bemenete csatlakozik, ennek kimenetéhez DTG logaritmizáló egység bemenete csatlakozik; a reakciórend értékével szorzó egység kimenete és a DTG logaritmizáló egység kimenete külön-külön a különbségi jel képző egység egy-egy bemenetére csatlakozik. A készülék fentiekben körülírt jelbemeneteire a termomérleg megfelelő TG és t villamos jeleit kapcsolva, kimeneteit pedig adatrögzítőre, pl. egy megfelelő XY- regisztrálóra kapcsolva, a termogravimetriás mérés során a termomérleg által szolgáltatott adatokból a készülék közvetlenül és folyamatosan a reakciókinetikai jelentésű Arrhenius-összefüggést szolgáltatja, amelynek képe az XY-regisztrálón jelenik meg. Találmányunkat részletesebben példaként a rajzok alapján ismertetjük, ahol: 5 10 15 20 25 30 35 4C 45 50 55 63 65 2
