Utlenianie
Spis treści
Utlenianie to proces chemiczny, który zachodzi, gdy elektrony są tracone z cząsteczki, atomu lub jonu. W kontekście kalorymetrii utlenianie jest często analizowane jako analiza termiczna, która obejmuje spalanie lub rozkład substancji w celu uwolnienia energii w postaci ciepła.
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC)
jest techniką, którą można wykorzystać do scharakteryzowania tego procesu, ponieważ mierzy przepływ ciepła związany z utlenianiem próbki podczas ogrzewania lub chłodzenia. Zasada pomiaru utleniania za pomocą DSC (różnicowej kalorymetrii skaningowej) opiera się na egzotermicznym charakterze reakcji utleniania.
Za pomocą DSC utlenianie można badać izotermicznie lub nieizotermicznie. W przypadku izotermicznych badań utleniania, temperatura tygla próbki DSC jest ustawiona na stałą temperaturę, a utlenianie próbki jest monitorowane w czasie.
Początek utleniania jest zwykle wskazywany przez pojawienie się piku egzotermicznego na krzywej DSC, który odpowiada uwalnianiu ciepła podczas utleniania próbki. Czas, w którym pojawia się pik egzotermiczny, nazywany jest czasem indukcji utleniania (OIT) i jest miarą odporności próbki na utlenianie. Metoda ta została zilustrowana na Rys. 1.
W nieizotermicznych badaniach utleniania, temperatura komory DSC jest zwiększana w stałym tempie, a utlenianie próbki jest monitorowane w funkcji temperatury.
Urządzenie DSC wykrywa pik egzotermiczny na krzywej DSC, gdy próbka utlenia się i uwalniane jest ciepło. Temperatura, w której pojawia się pik jest określana jako temperatura początku utleniania (OOT).
Metodę przedstawiono na rys. 2. OOT jest miarą stabilności termicznej próbki i służy do oceny stabilności oksydacyjnej materiałów.
Podsumowując, mierząc czas indukcji utleniania (OIT) lub temperaturę początku utleniania (OOT) w różnych temperaturach, można określić energię aktywacji utleniania, która dostarcza informacji o stabilności termicznej próbki.
DSC może być również wykorzystywana do oceny wpływu przeciwutleniaczy i innych dodatków na stabilność oksydacyjną próbek, co jest ważne dla ich jakości i okresu przydatności do spożycia.
DSC można również wykorzystać do określenia energii aktywacji utleniania, która jest miarą energii wymaganej do zainicjowania procesu utleniania.
Energię aktywacji można obliczyć za pomocą równania Arrheniusa, które wiąże szybkość reakcji chemicznej z temperaturą, w której ona zachodzi. Energię aktywacji utleniania można określić mierząc czas indukcji utleniania (OIT) lub temperaturę początku utleniania (OOT) w różnych temperaturach i wykreślając dane na wykresie Arrheniusa.
Nachylenie powstałej linii jest wykorzystywane do obliczenia energii aktywacji utleniania. Krzywą DSC można analizować w celu określenia różnych parametrów związanych z utlenianiem, np. temperatury początkowej, temperatury szczytowej i ciepła utleniania.
Zarówno OIT, jak i OOT są ważnymi parametrami do oceny stabilności utleniania materiałów, a skuteczność przeciwutleniaczy można porównać, zwłaszcza w przypadku polimerów.
Dłuższy OIT lub wyższy OOT wskazuje na większą stabilność oksydacyjną i odporność na degradację. Czynniki, które mogą wpływać na dokładność pomiarów DSC dla utleniania obejmują przygotowanie próbki, oprzyrządowanie i warunki eksperymentalne, takie jak szybkość ogrzewania i atmosfera.
Analiza termiczna może być wykorzystywana do badania utleniania metali w atmosferze zawierającej tlen, gdzie powstaje tlenek metalu, a wzrost masy zależny od temperatury lub czasu można zaobserwować za pomocą technik takich jak TGA.
Rozkład podczas utleniania
Referencje:
- Stephen M. Hsua i Chun-I Chenb, A chemical kinetics model to predict diesel engine performance.Part II. Procedury testowe: Tribology Letters, Vol. 14, No. 2, February 2003.
- B. Wunderlich, Analiza termiczna materiałów polimerowych. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005.
- G. W. Ehrenstein, G. Riedel i P. Trawiel, Analiza termiczna tworzyw sztucznych: Teoria i praktyka. Monachium: Hanser, 2004.
- Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC), ISO 11357-6, 2008.
- Mahbuba Islam, Anna Kaczmarek, and Jolanta Tomaszewska-Gras, Differential scanning calorimetry as a tool to assess oxidation state of cold-pressed oils during shelf-life: Journal of Food Measurement and Characterization (2023) 17:6639-6651.
