DE1698251C3 - Messzelle für Mikro-Differentialthermoanalysen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßzelle für Mikro-Differentialthermoanalysen (DTA) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zur Bestimmung der thermischen Umwandtungen, der Phasenumwandlungen, der Reaktionswärmen, der Degradationswärmen usw., von einfach oder in Gemischen vorliegenden organischen oder anorganischen Stoffen.

Eine aus dem Journal of the American Ceramic Society, 31 (1948), No. 1, S. 20—22, bekannte derartige Meßzelle besteht aus zwei im Prinzip separaten Probengefäßen, die lediglich durch eine Brücke aus dem einen Metall verbunden sind. Da beide Probengefäße jeweils nur im oberen Teil aus dem einen Metall bestehen, während der Rest einschließlich der am Boden wegführenden Leitung aus dem anderen Metall des Thermoelementes besteht, befindet sich der Thermokontakt ungefähr in halber Höhe des jeweiligen Probengefäßes. Hierdurch werden Unbestimmtheiten bei der Messung hervorgerufen, weil die Berührung der Probe mit dem Thermokontakt im Verlaufe der Messung, wenn die Probe schwindet, variiert. Außerdem liegt die thermische Leitfähigkeit zwischen beiden Probengefäßen nicht definiert fest. Schließlich ist für die absolute Temperaturmessung der Probengefäße ein besonderes Thermoelement vorgesehen, das keinen unmittelbaren Kontakt mit den Probengefäßen hat. Quantitative Messungen sind deshalb mit der bekannten Meßzelle nicht möglich; sie gestattet nur die Durchführung qualitativer Messungen.

Aus ANALYTICAL CHEMISTRY, 36 (1964), No. 3, S. 602-605, ist bereits eine DTA-Meßzelle mit einem als Thermoelement ausgebildeten Probengefäß bekannt, bei welchem der Thermokontakt punktförmig am Boden zwischen einer vom Boden wegführenden Leitung aus dem einen Metall des Thermoelementes und dem eigentlichen, insgesamt aus dem anderen Metall bestehenden Probengefäß ausgebildet ist. Hierdurch soll die Untersuchung auch sehr kleiner Probenmengen ermöglicht werden.

Schließlich ist aus Tonind.-Ztg. und Keram. Rdsch., 1. Beiheft, 1954, S. 5—8, die elektrische Schaltung einer DTA-Versuchsanordnung bekannt, bei welcher außer den beiden Zuleitungen zu den beiden in Serie liegenden Differential-Thermoelementen eine dritte Zuleitung für die absolute Temperaturmessung vorgesehen ist. Diese dritte Zuleitung besteht aus dem gleichen Metall wie die Verbindung zwischen den Differential-Thermoelementen und endet unmittelbar am Thermokontakt von einem der beiden Differential-Thermoelemente, bildet also quasi mit dem anderen Metall dieses Thermokontaktes einen eigenen und im funktionellen Sinne dritten Thermokontakt, der die absolute Temperatur des einen Thermoelementes erfaßt

.; Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßzelle für die Differential-Thermoanalyse zu schaffen, mit der auch genaue, reproduzierbare quantitative Messungen selbst bei kleinen Probenmengen möglich sind.

ίο Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit der im Patentanspruch gekennzeichneten Meßzelle gelöst

Die erfindungsgemäße Meßzelle hat gegenüber bekannten Meßzellen eine Reihe bedeutender Vorteile. Als erstes ist sie einfach und preiswert herzustellen. Sie hat auch eine besonders große mechanische Stabilität. Dies ist für genaue Messungen sehr wichtig. Insbesondere aber können mit der erfindungsgemäßen Meßzelle quantitative Wärmebestimmungen eines Systems durchgeführt werden. Daher kann die Meßzelle z. B. für ein differentielles Abtast-Kalorimeter eingesetzt und dorl zur Bestimmung der Wärme verwendet werden, die durch eine Zustandsänderung der Probe erzeugt wird. Quantitative Bestimmungen des Wärmeflußes eines Systems durch Temperaturmessungen sind nur

as dann möglich, wenn die thermische Leitfähigkeit aller Teile des Systems festliegt und genau definiert ist. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Meßzelle im Gegensatz zu den meisten bekannten Meßzellen, bei denen sich die thermische Leitfähigkeit des Systems von Fall zu Fall

ίο ändei t, gegeben und beruht u. a. auf der gegenseitigen Nähe der beiden Probengefäße, der Tatsache, daß beide Probengefäße als Vertiefungen in einem einzigen Metallblech aus einem Metall der Thermoelemente gebildet sind, und, was ganz besonders wichtig ist, daraus, daß das Verbindungselement zwischen beiden Probengefäßen Teil des Metallbleches selber und nicht eine getrennte Leitung ist. Da also bei der erfindungsgemäßen Meßzelle die thermische Leitfähigkeit festliegt, ist die gemessene Temperatur bzw. Spannung auch dem Wärmefluß im System proportional. Außerdem erlaubt die feststehende thermische Leitfähigkeit eine Eichung des Systems mit standardisierten Referenzproben, wodurch, wie bereits angegeben, die quantitative Bestimmung des Wärmeflußes im System möglich ist.

Hierbei kann es sogar ausreichen, die Umgebungsluft in dem einen, ansonsten leeren Probengefäß als Referenz zu benutzen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Querschnitt durch eine Meßzelle nach der Erfindung samt ihrem elektrischen Anschlußschema.

Die gezeigte Meßzelle umfaßt eine Blechplatte 22, in

νϊ der zwei Vertiefungen 21 und 21' ausgebildet sind, welche als Probengefäße dienen. Die Blechplatte 22 besteht aus einem von zwei unterschiedlichen Metallen, mit denen ein Thermoelement gebildet werden kann.

An den Boden jeder Vertiefung ist außen mit Silberlot

(u> jeweils eine Zuleitung 4 bzw. 4' angelötet. Beide Zuleitungen bestehen aus dem anderen Metall des Thermoelementes und bilden mit der Blechplatte 22 jeweils einen Thermokontakt am Boden der Vertiefungen.

<'■■ Zwischen den beiden Vertiefungen ist an die Blechplatte 22 eine weitere Zuleitung 3 angelötet, die aus dem gleichen Metall wie die Blechplatte besteht und zur absoluten Temperaturmessung dient.

:hen den beiden Zuleitungen 4 und 4' liegt ein ter 6, welches die Temperaturdifferenz zwischen den Thermokontakten der Vertiefungen erfaßt :n den Zuleitungen 3 und 4 liegt ein weiteres ter 5 zur Erfassung der absoluten Temperatur,
letal! für die Blechplatte 22 und die Zuleitung 3 insbesondere die Nickelsonderlegierung Chro-Frage und in Verbindung damit als Metall der Zuleitungen 4 und 4' Konstantan. Um Probleme der Reinigung der beiden Vertiefungen 21 und 2Γ zu vermeiden, können in diese kleine Probenbehälter eingesetzt sein, die dann guten thermischen Kontakt mit den Vertiefungen haben müssen. Die gezeigte Meßzelle ist schon für Proben von 1 bis 3 mg bei Feststoffen oder 1 bis 3 μΙ bei Flüssigkeiten geeignet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Meßzelle für Mikro-Differentialthermoanalysen (DTA) mit zwei gleichen, jeweils als Thermoelement ausgebildeten Probengefäßen, die mindestens im oberen Teil einschließlich einer gegenseitigen elektrischen Verbindung aus dem einen Metall der Thermoelemente bestehen und jeweils eine vom Boden wegführende Leitung aus dem anderen Metall der Thermoelemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Probengefäße (21,2V) als Vertiefungen in einer Blechplatte (22) aus dem einen Metali ausgebildet sind und mit der Blechplatte eine elektrische Zuleitung (3) aus dem gleichen Metall verbunden ist