174466. lajstromszámú szabadalom • Berendezés termoanalitikai vizsgálatok fűtésprogramjának szabályozására
3 174466 4 az 1 kemence hőmérsékletét a szokott módon pl. 10 °C/perc sebességgel növeli mindaddig, amíg a 2 mintában a súlyváltozás meg nem indul. A súlyváltozás, illetve a 6 mérleg elmozdulás sebességét jelen esetben a permanens 8 mágnesek erőterében elmozduló 7 tekercsből, illetve ez utóbbi sarkaihoz kötött 15 galvanométerből álló ún. deriválóberendezés méri. Már egészen kicsiny súly változás-sebesség mellett a 16 lámpának a 15 galvanométerről visszavert fényjele a 17,18 fényérzékelők, pl. a fototranzisztorok egyikére esik, amelynek elektromos jele a 9 kapcsoló erősítőn áthaladva a 10 fűtésszabályozóban elhelyezett kapcsolót, pl. relé-rendszert működteti. Ez utóbbi a fűtőáram feszültségét esetleg több fokozatban csökkenti vagy teljesen kikapcsolja. Ennek következtében esni kezd a minta hőmérséklete, csökken a reakció sebessége, a fényjel a fototranzisztomál elvándorol, és a fűtés ismét megindul. Ez csupán másodpercekig tartó folyamat a reakció befejeződéséig számtalanszor periodikusan ismétlődik. Közben a 6 mérleg kitérését egy elektromos jelátalakító, pl. az 5 differenciál-transzformátor, a minta hőmérsékletét pedig a 3 kerámiacsőbe fűzött és a mintával hőfelvevő kapcsolatban álló hőérzékelő szerv, pl. a 4 termoelem méri. A két elektromos jel változását a 11, 12 erősítőkkel történő erősítés után a 13 regisztráló berendezés 14 írófeje rajzolja fel a diagramra (le ábra, TG'(q) görbe). A leírt kvázi-izoterm fűtésprogram természetesen nemcsak a 3. ábrán bemutatott deriváló termomérleg szerkezettel (144 548 lsz. magyar szabadalmi leírás), de bármilyen más típussal is azonos elv alapján megvalósítható. A megvalósítás módját sem a mérleg, sem a TG jelátalakító vagy hőértékelő, vagy deriváló- vagy regisztrálóberendezés típusa nem befolyásolja. így pl. az ismertetett és indukció elvén működő deriváló helyett az ellenállásból és kondenzátorból álló ún. RC rendszerű vagy transzformátoros, vagy elektronikus deriválóberendezések egyaránt alkalmazhatók. Az 1c ábra TG(q> és TG'(q) görbéje ugyanannak a reakciónak a lefolyását, azaz az imént példaként vett kalciumkarbonátnak a hőbomlását ábrázolja, mint az la és lb ábrák görbéi, de már kvázi-izoterm és egyben kvázi-izobár körülmények között. Megjegyzendő, hogy a kvázi-izobár körülményeket a jelen esetben a 163 305 lsz. magyar szabadalmi leírásban ismertetett különleges alakú mintatartóval lehet biztosítani. A kalciumkarbonát az adott esetben egyetlen jól definiált és az anyagra jellemző konstans hőmérsékleten bomlott el. Tehát az így nyert TG görbe alapján szintén megbízható reakciókinetikai számításokat lehet végezni, mint az izoterm termogravimetriás görbék (la ábra) segítségével. Ahhoz azonban, hogy a számításokhoz elegendő mérési adat álljon rendelkezésre a régebbi izoterm- vizsgálatokból öt-tíz párhuzamos mérés elvégzése volt szükséges, míg az újabb kvázi-izoterm vizsgálatból egyetlen mérés is elegendő. Ez nagy előnyt jelent, hiszen a vizsgálati időt ötödére vagy esetleg tizedére csökkenti. A módszernek van egy további előnye is. Amint az az 1 c ábra hőmérséklet függvényében ábrázolt TGf(q) görbéje különösen jól szemlélteti, a minta hőbomlása egyetlen jól definiált hőmérsékleten játszódott le, ezért a minta minőségi összetétele, ezen jellemző hőmérséklet alapján sokkal pontosabban állapítható meg, mint pl. hagyományos módon, a dinamikus fűtésprogrammal felvett TG(d) és TG'^) görbe (lb ábra) alapján, hiszen utóbbi esetben egy meglehetősen széles hőmérsékleti intervallumban ment végbe az átalakulás. Jelen találmány szerinti készülék ezen két területen jelent további műszaki fejlődést. A találmány szerinti készülék segítségével ugyanis az átalakulás előrehaladását úgy lehet szabályozni, hogy az átalakulás kezdetén a készülék, egy véges kicsiny időtartamra, változatlanul, továbbra is kvázi-izoterm körülményeket biztosítson, de miután az átalakulásnak a minőségi analízis szempontjából fontos kezdeti szakaszát rögzítette, az átalakulás hátralevő részében, amely a minőségi analízis szempontjából már teljesen érdektelen, az átalakulás sebességét, egy előre kiválasztott program szerint szakaszosan (2a ábra) vagy folyamatosan (2b és 2c ábra) növelje. Ugyanezen berendezés a reakciók kinetikájának merőben új szempontok szerinti tanulmányozását is lehetővé teszi. Ismeretes, hogy a kémiai reakciók sebessége, hőmérséklete és rendűsége között szoros okozati összefüggés áll fenn. Ezt az összefüggést fejezi ki matematikai alakban Arrhemins egyenlete. Ez az összefüggés adta jelen találmány másik alapgondolatát is, ami szavakban a következő módon fejezhető ki. Ha a vizsgált minta hőmérsékletének gyors és egyenletes növekedését az átalakulás megindulásának pillanatában egy kicsiny véges időtartamra hirtelen leállítjuk, majd ezt követően úgy szabályozzuk, hogy az átalakulás sebessége (2b és 2c ábrán DTG görbe) valamilyen jól definiált lineáris, exponenciális függvény szerint változzon, akkor a minta hőmérséklete (Tx, illetve Txx görbék) és súlya (TGX, illetve TGXX és TGX, illetve TGXX görbék) az adott körülményeknek megfelelően valamint az anyagra, illetve a reakcióra jellemző módon fog változni. Ilyen módon a minta hőmérséklete és a reakció sebessége, valamint rendűsége között fennálló függvénykapcsolat műszeresen TG görbék különféle alakjában (2. ábra) jut kifejezésre. Ismeretes, hogy a differenciál termikus elemző (DTA) készülék a termikus átalakulásoknak szintén a lefolyását rögzíti, de az eddig tárgyalt deriváló termőmérlegektől eltérően nem a minta súlyváltozását, hanem hőtartalom-változását, más szóval entalpiaváltozását rögzíti, mégpedig úgy, hogy az idő függvényében méri a minta hőmérsékletét, valamint a minta és egy inert anyag hőmérséklete közötti különbséget. E két függvény között ugyanúgy derivativ összefüggés áll fenn, mint a fentebb tárgyalt TG és DTG görbék között. Ezért a találmány szerinti készülék változtatás nélkül (6. ábra) felhasználható a differenciál-termikus elemző készülék fűtésprogramjának szabályozására. Az átalakulások lefolyása ebben az esetben is a már megismert elvek szerint módosul és így a találmány alkalmazásának az előnye a DTA készülékek esetében, az elmondottakból értelemszerűen következik. A találmány szerinti berendezés elektromos kemencét, a kemencében elhelyezett minta súly változásának sebességét mérő deriváló termomérieget, a minta entalpiaváltozását mérő differenciális termikus elemzőkészüléket, a deriváló termomérleg deriváló berendezésének vagy a differenciális termikus elemzőkészülék kimenetére kapcsolt érzékelő szervet, és az érzékelő szerv kimenetére kapcsolt erősítőn át csatlakozó fű5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
