التحليل الحراري التفاضلي (DTA)
مقدمة:
تحليل الحرارة التفاضلي (DTA) هو تقنية تحليلية حرارية لها الكثير من القواسم المشتركة مع تقنية مسعر المسح التفاضلي (DSC).
DTA هو تحليل يُستخدم لدراسة التغيرات الحرارية في المواد. يقوم بمقارنة درجة حرارة العينة مع درجة حرارة مرجع (عادةً مادة غير تفاعلية). بينما يقوم DSC بقياس تدفق الحرارة المطلوب لقياس تغير درجة الحرارة.
في تحليل DTA، يجب أن تخضع المادة (العينة) والمرجع الخامل (عينة مراقبة) لنفس الدورة الحرارية (أي نفس برنامج التبريد أو التسخين)، بينما يتم تسجيل أي فرق في درجة الحرارة بين عينة الإختبار والعينة المرجعية. يتم رسم هذا الفرق في درجة الحرارة (التفاضلية) ضد الزمن أو درجة الحرارة.
في منحني DTA، يكون أي تحول في العينة يؤدي إلى إطلاق حرارة أو امتصاصها مصحوباً بانحراف عن درجة حرارة المادة المرجعية. ويوفر هذا الفرق في درجات الحرارة مقارنته بدرجات حرارة البرانامج التي يبدأ بها نظام التغير معلومات للمحلل حول درجات انحراف التغير وسواء أكان انتقال الحرارة ماص أو ناشر. يعد تحديد المحتوى الحراري والسعة الحرارية المححدة للعينة من بين أهم تطبيقات هذا التحليل
مبدأ العمل:
تحليل DTA (التحليل الحراري التفاضلي) هو تقنية تحليلية متقدمة تستخدم لدراسة التغيرات الحرارية التي تحدث في المواد عند تعرضها لتغيرات في درجة الحرارة. يتضمن هذا الاختبار استخدام بوتقتين متطابقتين، حيث تُوضع العينة في إحداهما، بينما تحتوي الأخرى على عينة مرجعية، والتي يمكن أن تكون بوتقة فارغة في بعض الحالات.
بين البوتقتين، يوجد مقياس حرارة تفاضلي يقيس الفارق في درجة الحرارة بين العينة والعينة المرجعية أثناء تسخينها أو تبريدها. هذه التقنية تسمح للباحثين بتحديد درجات الحرارة التي تحدث عندها التحولات الطورية (مثل الانصهار أو التجمد) أو التفاعلات الكيميائية.
عندما يتم تسخين العينة والمرجع معًا يتم بعدها قياس الفرق في درجات الحرارة بين العينة والمرجع أثناء عملية التسخين أو التبريد. عندما يحدث تغير في حالة العينة (مثل الانصهار أو التفاعل الكيميائي)، ستظهر نقطة في المخطط حيث يتغير الفرق في درجة الحرارة.
عادةً ما تكون التغيرات الطورية أو التفاعلات الكيميائية مصحوبة بإطلاق أو امتصاص للحرارة. على سبيل المثال، إذا كانت العينة تخضع لعملية انصهار، فإن هذا التحول سيؤدي إلى انبعاث حرارة، مما يزيد من درجة حرارة العينة مقارنة بالعينة المرجعية. بالمقابل، إذا كانت التفاعل الكيميائي ماصًا للحرارة (مثل بعض عمليات التحلل)، فإن ذلك سيؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة في العينة مقارنة بالعينة المرجعية.
فوائد القياس
تُستخدم تقنية DTA بشكل واسع في مجالات مثل علوم المواد، الكيمياء، والهندسة الكيميائية، حيث توفر معلومات قيمة حول الخواص الحرارية للمواد، بما في ذلك:
درجات حرارة التحول: تحديد النقاط التي تحدث فيها التغيرات الطورية.
الطاقة المنطلقة أو الممتصة : قياس كمية الحرارة الناتجة أو المطلوبة أثناء التفاعلات.
خصائص الاستقرار الحراري : تقييم مدى استقرار المواد عند درجات حرارة مرتفعة أو منخفضة.
تفسير النتائج
يمثِّل المحور الأفقي درجة الحرارة (°C أو K) .
ويمثِّل المحور العمودي الفرق في درجة الحرارة بين العينة والمرجع (غالبًا بوحدات °C).
تفسير القمم
عندما يحدث تغيير في حالة العينة (مثل الانصهار، التجمد، أو التفاعل الكيميائي)، ستظهر قمة أو انخفاض في المخطط.
قمة: تشير إلى أن العينة تحتاج إلى حرارة إضافية لتجاوز نقطة التحول (مثل الانصهار).
انخفاض: يشير إلى أن العينة تطلق حرارة أثناء التحول (مثل التصلب).
تحديد النقاط الحرارية:
يمكنك تحديد درجات حرارة التحول (مثل درجة انصهار أو تجمد) من خلال مواقع القمم والانخفاضات في المخطط.
القمم الحرارية: تشير إلى حدوث تغييرات في الحالة الفيزيائية (مثل الانصهار أو التبخر).
التغيرات الطفيفة: يمكن أن تعكس التفاعلات الكيميائية أو التحولات الطورية.
الطاقة الناتجة: تُعطى من خلال المساحة تحت القمة الحرارية، مما يساعد في تقدير حرارة التفاعل.