Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

DİFERANSİYEL TARAMALI KALORİMETRE

No description
by

Anıl Uzunlar

on 12 June 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of DİFERANSİYEL TARAMALI KALORİMETRE

DSC (Differantial Scanning Calorimetry) örnek ısıtılırken, soğutulurken yada sabit bir sıcaklıkta tutulurken soğurulan yada salıverilen enerji miktarını ölçer.

Bu teknikte, referans ile örnekten gelen yada uzaklaşan ısı farkı sıcaklığa veya zamana bağlı olarak gösterilir.

Eğer örnek ile referans arasında bir sıcaklık farkı saptanırsa, sıcaklığı aynı tutmak için örneğe verilen enerji (güç) miktarı değiştirilir . Bu yolla örnekteki faz değişimi sırasındaki ısı transferi miktarı saptanabilir.

Nedir ?
Temel Prensip
DSC EĞRİSİ
DSC deneylerinden ısı akışının, zamana veya sıcaklığa göre çizilen eğrisi elde edilir. Iki farklı eğilim vardır:
Numunedeki egzotermik reaksiyonlar, deney yapmak için kullanılan ölçüm cihazlarında kullanılan farklı teknolojilere bağlı olarak negatif veya pozitif tepe noktası gösterir. Bu eğri hal değişimlerinin entalpilerini hesaplamak için kullanılabilir.

Hal değişiminin entalpisi aşağıdaki eşitlikle açıklanabilir.


Malzeme hakkında daha zengin bilgi edinmek amacıyla kullanılan bu metod hızlı ve kolay bir şekilde analiz yapabilen çok yaygın kullanım alanına sahip bir termal tekniktir.

DSC’nin kullanım noktaları polimer, plastik, gıda, medikasyon, seramik ve cam uygulamalarıdır.

DİFERANSİYEL TARAMALI KALORİMETRE
DSC daha yeni bir tekniktir ve nicel kalorimetrik ölçümler için geliştirilmiştir.

Diğer tekniklerde maddelerdeki farklılıklar kolaylıkla görülemezken kalorimetri, güç farkedilebilen farklılıkları tanımlayabilir.
Buna ek olarak, kalorimetri meydana gelen değişimin oranını, ne kadar olduğunu ve olasılığını ölçebilir.



Kalorimetre numunenin içine veya dışına doğru olan ısıyı ölçer.

Diferansiyel kalorimetre bir referansa bağlı olarak numunenin ısısını ölçer.

Taramalı diferansiyel kalorimetre, lineer sıcaklık doğrultusunda numuneyi ısıtır ve kalorimetrenin yaptığı tüm işleri yapabilir.

Endotermik ısı numunenin içine doğru gider. Ekzotermik ısı numunenin dışına doğru akar.

DSC kontrollü bir atmosfer ortamında sıcaklığın ve zamanın fonksiyonu olarak malzemedeki geçişleri ölçer. Bu geçişler gözlemlenen sıcaklık ve ısı akışlarına bağlıdır. Bu ölçümler endotermik, ekzotermik ve ısı kapasitesindeki değişiklikleri içeren fiziksel ve kimyasal değişimler hakkında kantitatif ve kalitatif bilgi verir.

Özellikleri
Ne zaman yapılmıştır ?
DSC tekniği E.S. Watson ve M.J. O’Neill tarafından 1960 yılında geliştirilmiştir.


Bu tekniğin altında yatan temel prensibi şöyle açıklayabiliriz;
Malzeme ve referans maddesine aynı sıcaklık programı uygulanırken malzemede bir değişiklik olması halinde, malzemeye veya referansa bir elektrik devresi yardımı ile dışarıdan ısı eklenerek her ikisinin de aynı sıcaklıkta kalması sağlanır.

Diğer bir deyişle;

Numune, faz değiştirme gibi fiziksel bir dönüşüme gidiyorsa referansla aynı sıcaklıkta tutabilmek için, numuneden daha az veya daha çok ısı akışı olur.

Daha az veya daha çok ısı akışı, işlemin endotermik veya egzotermik olmasına göre değişir.

Örneğin katı bir numune eriyip sıvı hale geçiyorsa referansla aynı oranda sıcaklık artışına sahip olması için numuneden daha fazla ısı akışı gerçekleştirilmelidir.

Bunun sebebi katı halden sıvı hale geçerken numune tarafından gerçekleştirilen ısı emilimidir. Numune ve referans arasındaki ısı akış değişimi kontrol edilerek DSC yöntemi ile hal değişimi sırasında yayılan veya emilen ısı miktarı ölçülebilir.


DSC eğrileri, eklenen ısının sıcaklığa karşı çizilen grafikleridir. Bu grafikte görülen pikin altında kalan alan, tepkimede emilen veya açığa çıkan ısıyla; pik yükseklikleri de tepkime hızı ile doğrudan orantılıdır.

Sıcaklık aralıgı
Sistem oda sıcaklığı ile maksimum 1600⁰C sıcaklık aralığında 0.001-30 ⁰K/dk ısıtma hızı ile ölçümler yapabilmektedir.

Diğer tekniklerden üstünlüğü
Diferansiyel analiz (DTA) ve diferansiyel tarayıcı kalorimetresi (DSC) tüm
termal analiz tekniklerinin en yaygın olarak kullanılanlarıdır. Bir örnekteki termal
değişimlerde bilgileri elde etmek için bu teknikler oldukça kolaydır. Şekilde bir cihazın temel
kısımları şematik olarak gösterilmiştir.

Yukarıdaki grafik polimerlerin çalışılması için DSC’nin uygulamasını göstermektedir.
Eğri 10⁰C/dak’de ısıtılan PET (Polietilenterephthalate) içindir.
Eğri, oransal olarak erime ve kristalizasyon için 255⁰C ve 110 ⁰C civarında düşünülen başlangıç sıcaklıklarındaki pikler ve cam geçişlerinde 60-0 ⁰C arasındaki yer değiştirmeyi göstermektedir.
Şekilde geçişler kısmen belirtilmiştir. Ancak, hem fiziksel özellikler hem de polimerlerin bileşimi, cam geçişleri ve kristalizasyonu etkilemektedir.
Cam geçiş sıcaklığı belirlenmemiş, fakat bu sıcaklık ısıtma oranına bağlıdır
Aşağıdaki grafik yağların oksidatif kararlılığının belirlenmesi için DSC’nin uygulamasını göstermektedir.
SAF GAZ

Saf gaz olarak çok yaygın olarak genellikle inert atmosfer sağlamak ve numunenin oksitlenmesini engellemek için nitrojen en uygun seçimdir.
Helyum, oksijen ve nitrojenin sıvı olduğu çok düşük sıcaklıklarda çalışabilmeye olanak sağlar ve hızlı tarama DSC çalışmalarında kullanılır. Argon gibi gazlar 600 C° üzeri sıcaklıklarda ki çalışmalarda faydalıdırlar.

DSC’nin Özellikleri ve Ölçüm Yapım Tipleri

DSC analiz; parçanın ısıtılması, soğutulması ve eşsıcaklıkta tutulmasıyla oluşan enerji farklılıklarındaki değişimlerini analiz eder.

Enerji farklılıklarıyla, numunede nicel olarak gözlenen hal değişimi ve de oluştuğu noktalarda sıcaklığın bulunmasına ve ayrıca erime sürecine bağlı olarak malzeme karekterizasyonuna, cam hal değişim ölçümlerini ve bunlar gibi çok sayıda karmaşık durumda kullanıcıya ölçme ve analiz etme olanağı sağlar.

DSC sistemlerinin ortam sıcaklığı başlangıçta 30C° civarındadır.

Genel olarak termal analizin yaygın olarak kullanılan tarama hızı 10C°/dk’ dır. Ancak ticari olarak kullanılan aygıtlarda çalışma bölgesi 0.001-500C°/dk arasında olabilir. Tarama hızı aralığı hassasiyet, sıcaklık ayarı, kararlılık, analiz zamanı, hal değişimine faktörlerine göre değişiklik gösterebilir.

YÖNTEM

Uygun standart seçilir ve bazı durumlar(tarama hızı, saf gaz,tava tipi) altında ısıtılarak test işlemi yerine getirilmiş olur. Bu bilgi programın gerekli bölümlerine girilir.
indiyum muhtemelen geniş sıcaklık değerlerini kontrol amacıyla kullanılabilecek en kullanışlı standarttır. Standart ağırlık genelde 5-10 mg dır.Fazla yada az olan ağırlık ısı akış ölçümünün doğruluğunu kısıtlar.
inert saf gaz kullanılarak olası oksidasyon minimum düzeye indirilmiş olur. Tava daoluşan herhangi bir bozunma yada numune üzerinde herhangi bir burkulma,bükülme gibi bozunmalar olmaksızın çok temiz bir erime olması gerekir.


Genel pratik noktalar

Alüminyum tavalar 600 C° üzeri sıcaklıklarda çalıştırılamaz.
Kabul edilmiş limitlerin üstünde oksit atmosferi altında ocak çalıştırılamaz.
Ocak temizlemesi yapılırken aşırı kuvvet uygulanmaz.
Yeni numune ile herhangi bir şekilde karışmaması için önceden kullanılan numune bir an önce çıkartılması gerekir.

Standart Seçimi
Referans malzemeler bir kez kullanılırlar ve daha sonra ıskartaya çıkartılırlar.
Ancak burada önemli bir ayrıntıyı belirtirsek, yaygın olarak "indiyumun" kullanılmasının nedenlerinden biri de diğer referans malzemeler gibi tek kullanımlık değildir ve birçok kez kullanım imkanına sahiptir.
Her testten sonra 50⁰C soğutulurak yeniden kristallenme sağlanmış olur ve yeni numunede kullanıma hazır olur. indiyum yüksek saflığa sahiptir, çok dengelidir ve çok kullanışlı erime noktasına sahiptir.

Isı Kapasitesi

Sabit basınç ve sabit yoğunluktaki ısı kapasitesi DSC için önemli bir fonksiyondur.
Önemli olmasının nedeni ise kimyasal reaksiyonlar yada faz dönüşümlerinin yokluğunda DSC eğrilerinin büyüklüğü sabit basınç altındaki numunenin ısı kapasitesiyle orantılı olmasıdır.

DSC’de genellikle Cp belirlenir. Çünkü ısı değişimlerinde numuneyi sabit yoğunlukta tutmak imkansızdır.

HEAT FLUX DSC
Tek ısıtıcılı ve sıcaklık sensörüyle numune ve referans tavalarının aynı ocak içersine yerleşimiyle oluşturulur.
Numune ve referans gerekli yere yerleştirilip önceden ayarlı ısıtma yada soğutma değerleriyle ısıtılır.
Numunede hal değişimi gözlendiğinde referans ile numune arasında sıcaklık farkı oluşur.
Referans ile numune arasında sıcaklık farkı sonlanana kadar numune ısıtılır.
Sıcaklık farkı yada sinyali, ısı akış denkliğine dönüştürülür ve sıcaklık ve zamana karşı grafiği oluşturulur.

DSC ile ne ölçülebilir ?
Camsı geçiş sıcaklığı (Tg)
Erime ve kaynama noktası
Kristalleşme zamanı ve sıcaklığı
Reaksiyonların ve füzyonun ısısı
Özgül ısı kapasitesi
Oksidatif ve termal kararlılık
Kürleşme derecesi ve oranı
Reaksiyon kinetiği
Saflık

DSC’nin Uygulama Alanları
Sıvı kristallerde
ilaç endüstrisinde
Genel kimyasal analizlerde
Polimerlerde
Gıda sektöründe
Yeni yeni metallerde


Ayrıca cihaz ile;

Kütle değişimi,
Dekompozisyon,
Termal kararlılık,
Oksidasyon,
Dönüşüm entalpisi,
Spesifik ısı (Cp),
Faz geçiş sıcaklıkları,
Cam geçiş sıcaklıkları,
Kristalizasyon davranışları vb. analizler yapılabilmektedir.

DSC’de çıkan hataların ana sebepleri
Ø Kalibrasyon
Ø  Kontaminasyon (kirlilik)
Ø  Numune hazırlama
Ø  Numunenin yerleştirilmesi
Ø  Geriye kalan çözücü ve nem
Ø  Isıtma ve soğutma oranı
Ø  Numunenin kütlesi
Ø  İşlem hataları

İÇERİK
DSC cihazı nedir ?
Ne zaman bulunmuştur ?
Temel çalışma prensibi nasıldır ?
Ne için kullanılır ?
Hangi mantıkla çalışır ?
Ne tür analizler yapılabilir ?
Bize hangi bilgileri verir ?
islemin yapılması nasıldır ?
Kullanım alanları nerelerdir ?
DSC’de çıkan hataların ana sebepleri ?
TEŞEKKÜRLER
Full transcript