Thermische Analyseverfahren spielen eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, die Materialeigenschaften und Qualitätsgrade von Stoffen zu ermitteln. Ihre Einsatzgebiete sind entsprechend vielfältig. Sie kommen in der Glas-, Nuklear-, Metall-, Kosmetik- und Elektroindustrie zum Einsatz. Dort stellen sie sicher, dass ausschließlich hochwertige und unbedenkliche Produkte hergestellt werden.
So funktionieren thermische Analyseverfahren
Man unterscheidet eine ganze Reihe verschiedener thermischer Analyseverfahren. Beispiele sind die Thermogravimetrie, die Differential-Thermoanalyse und die dynamische Differanzkalorimetrie. Alle von ihnen funktionieren nach demselben Prinzip. Die Eigenschaften eines Stoffes werden anhand seiner materiellen Veränderungen bei Erwärmung und Abkühlung ermittelt. Dabei unterscheidet man die Untersuchungsmethoden in Hinblick darauf, ob die Temperatur die ganze Zeit über gleich bleibt oder sich verändert. Die Messmethoden der ersten Kategorie bezeichnet man als dynamische thermische Analyseverfahren, die zweiten als statische thermische Verfahren.
Bei den dynamischen Verfahren wird der untersuchte Stoff langsam erhitzt bzw. abgekühlt. Dabei misst man permanent, wie sich die Temperatur jeweils verändert. Auf Seiten wie http://www.linseis.com/de/ findet man zahlreiche Geräte, mit denen man Analysen dieser Art durchführen kann.
Die Thermogravimetrie
Eines der wichtigsten Verfahren zur Ermittlung von Materialeigenschaften ist die Thermogravimetrie (TGA) mit Thermowaage. Bei dieser Methode wird gemessen, wie sich die Masse eines Stoffs in Abhängigkeit von der Temperaturveränderung und der Zeit verändert. Damit lassen sich vor allem Materialzusammensetzungen besonders gut untersuchen. Man verwendet das Verfahren hauptsächlich in der Pharmazie und der chemischen Industrie. Häufig analysiert man damit Polymere, Medikamente und Lebensmittel.
Bei der Analyse werden ausschließlich vakuumdichte Geräte verwendet. Nur so können verlässliche Messergebnisse gewährleistet werden. Qualität erkennt man hier unter anderem daran, dass die Geräte einen möglichst großen Messbereich abdecken. Einige von ihnen funktionieren in Temperaturbereichen von -150 – 2.400°C. Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Geräte modular aufgebaut sind, sodass sie sich ohne großen Aufwand mit weiteren Messgeräten koppeln lassen. Hier kann man zum Beispiel ein Massenspektrometer anschließen, um zusätzliche Informationen über die Probe zu erhalten.
Ein weiteres Verfahren – die Differential Thermoanalyse
Nicht minder wichtig ist die Differenz-Thermoanalyse. Dabei werden eine zu untersuchende Substanz und eine Referenzprobe in zwei symmetrisch angeordneten Öfen erhitzt. Bei der zu untersuchenden Probe treten in bestimmten Temperaturbereichen Phasenübergänge auf. Bei der Referenzsubstanz ist dies nicht der Fall. Hier werden im Anschluss die Temperaturübergänge in den entsprechenden Bereichen gemessen.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist die Dynamische Differenzkalorimetrie. Hierbei erfasst man nicht nur die Temperaturdifferenz, sondern die Wärmestromdifferenz. Damit lassen sich neben den charakteristischen Temperaturen auch die kalorischen Kenngrößen ermitteln und auswerten.
