Die thermische Analyse mithilfe der Differenzialkalorimetrie

In zahlreichen Industrie- und Wirtschaftszweigen haben thermoanalytische Verfahren wie die Differenzialkalorimetrie eine wichtige Bedeutung. Sie kommt sowohl in der Glas- und der Legierungsindustrie als auch im Nuklear- und Lebensmittelbereich zum Einsatz. Die große Stärke des Verfahrens besteht darin, dass man damit Materialeigenschaften von Stoffen anhand statistisch fassbarer Messreihen auswerten kann.

So funktionieren thermoanalytische Verfahren

Man unterscheidet verschiedene thermoanalytische Verfahren. Alle haben gemeinsam, dass dabei die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Stoffen gemessen werden. Die Unterschiede betreffen vor allem die Art und Weise, wie die Stoffe erhitzt werden. Zunächst einmal sind da die Verfahren der dynamischen thermischen Analyse. Die Besonderheit besteht hier darin, dass der Stoff, der untersucht werden soll, langsam erwärmt bzw. abgekühlt wird. Dabei wird die Temperatur stetig durch ein Messinstrument kontrolliert. Ein Beispiel für ein Verfahren dieser Art ist die Differenzial-Thermoanalyse. Weiterhin gibt es noch die dynamische Differenzkalorimetrie und die Thermogravimetrie. Damit kann man jedes Material zuverlässig untersuchen.

Neben den dynamischen gibt es noch die statischen Verfahren. Die Besonderheit besteht hier darin, dass die Temperatur während der gesamten Untersuchung gleich bleibt. Die Materialprobe wird der Temperatur über einen Zeitraum von mehreren Stunden oder Tagen ausgesetzt, sodass die Wasser- und Glühverluste gemessen werden können. Dieses Verfahren kommt unter anderem in der Mineralogie zum Einsatz.

Die Differenz-Thermoanalyse

Das mit Abstand am weitesten verbreitete Verfahren bei der Analyse von Materialien ist die Differenz-Thermoanalyse (DTA). Bei dieser qualitativen und quantitativen Analyse werden die Energieumsätze von Stoffen bei Phasenübergängen ermittelt. Um die Messergebnisse zu werten, vergleicht man die Werte der Untersuchungsprobe mit den Werten einer Referenzprobe, bei der in den entsprechenden Temperaturbereichen keine Phasenübergänge auftreten. Aus den Kurvenverläufen, die bei den Messungen auftreten, kann man dann auf die besonderen Materialeigenschaften der Proben schließen.

Das Verfahren kommt z. B. bei der Tonentwässerung oder der Klinkerphasenbildung zum Einsatz.

Worauf man bei thermoanalytischen Messgeräten achten sollte

Bei thermoanalytischen Verfahren spielt die Temperatur eine zentrale Rolle. Aus diesem Grund muss man sehr genau darauf achten, dass die Geräte, die zur Messung genutzt werden, einen möglichst großen Temperaturbereich abdecken. Um das zu gewährleisten, nutzen manche Hersteller einen modularen Aufbau. Hier hat man den Vorteil, dass sich die Geräte ganz unkompliziert an den individuellen Bedarf anpassen lassen. Mitunter können Temperaturbereiche von -150 – 2.400°C abgedeckt werden. Besonders wichtig ist hier eine vakuumdichte Bauweise. Nur so ist es möglich, die Enthalpie unter einer sauberen Atmosphäre zu messen. Wenn man zusätzliche Informationen benötigt, kann man die Geräte außerdem mit weiteren Messgeräten wie z. B. Massenspektrometern ausstatten.