산화
목차
산화는 분자, 원자 또는 이온에서 전자가 손실될 때 일어나는 화학적 과정입니다.
열량 측정의 맥락에서 산화는 종종 열 분석으로 연구되는데, 여기서 산화는 물질이 연소되거나 분해되어 열의 형태로 에너지를 방출하는 것을 말합니다.
시차 주사 열량 측정(DSC) 는 시료가 가열 또는 냉각될 때 산화와 관련된 열 흐름을 측정하기 때문에 이 과정을 특성화하는 데 사용할 수 있는 기술입니다. DSC(시차 주사 열량계)를 사용하여 산화를 측정하는 원리는 산화 반응의 발열 특성을 기반으로 합니다.
DSC에서 산화는 등온 또는 비등온으로 연구할 수 있습니다.
등온 산화 연구의 경우, DSC 도가니 온도를 일정한 온도로 설정하고 시료의 산화를 시간에 따라 모니터링합니다.
산화의 시작은 일반적으로 시료가 산화되면서 열이 방출되는 것을 나타내는 DSC 곡선에서 발열 피크의 출현으로 나타납니다.
발열 피크가 나타나는 시간을 산화 유도 시간(OIT)이라고 하며 시료의 산화에 대한 저항을 측정하는 척도입니다.
이 방법은 그림 1에 설명되어 있습니다.
1.
비등온 산화 연구의 경우, DSC 셀 온도를 일정한 속도로 높이고 시료의 산화를 온도의 함수로 모니터링합니다.
DSC 기기는 시료가 산화되어 열을 방출하는 시작점에서 DSC 곡선의 발열 피크를 감지합니다. 피크가 나타나는 온도를 산화 시작 온도(OOT)라고 합니다.
이 방법은 그림 2에 설명되어 있습니다. 2. OOT는 시료의 열 안정성을 측정하는 척도로, 재료의 산화 안정성을 평가하는 데 사용됩니다.
요약하면, 다양한 온도에서 산화 유도 시간(OIT) 또는 산화 개시 온도(OOT)를 측정하여 시료의 열 안정성에 대한 통찰력을 제공하는 산화에 대한 활성화 에너지를 결정할 수 있습니다.
DSC는 시료의 품질과 유통 기한에 중요한 항산화제 및 기타 첨가제가 시료의 산화 안정성에 미치는 영향을 평가하는 데에도 사용할 수 있습니다.
DSC는 산화 과정을 시작하는 데 필요한 에너지의 척도인 산화 활성화 에너지를 결정하는 데도 사용할 수 있습니다.
활성화 에너지는 화학 반응의 속도를 반응이 일어나는 온도와 연관시키는 아레니우스 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 산화에 대한 활성화 에너지는 다양한 온도에서 산화 유도 시간(OIT) 또는 산화 시작 온도(OOT)를 측정하고 데이터를 아레니우스 플롯에 그려서 결정할 수 있습니다.
결과 선의 기울기는 산화에 대한 활성화 에너지를 계산하는 데 사용됩니다. DSC 곡선을 분석하여 시작 온도, 최고 온도 및 산화 열과 같은 산화와 관련된 여러 매개 변수를 결정할 수 있습니다.
OIT와 OOT는 모두 재료의 산화 안정성을 평가하는 데 중요한 파라미터이며, 특히 폴리머의 경우 항산화 효과를 비교할 수 있습니다.
OIT가 길거나 OOT가 높을수록 산화 안정성과 분해에 대한 저항성이 높다는 것을 나타냅니다. 산화에 대한 DSC 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있는 요인으로는 시료 준비, 기기, 가열 속도 및 대기와 같은 실험 조건이 있습니다.
열 분석은 산소가 포함된 분위기에서 금속 산화물이 형성되는 금속의 산화를 조사하는 데 활용할 수 있으며, TGA와 같은 기술을 사용하여 온도 또는 시간 의존적 질량 증가를 관찰할 수 있습니다.
산화 중 분해
분해란 화합물이 더 작은 분자 또는 원소로 분해되는 것을 말합니다[1, 섹션 3.4.4]. 측정 중에 대기 중 산소와 같은 산화제가 존재하지 않으면 물질에 따라 달라지는 온도에서 열분해가 시작됩니다. 물질 시스템은 열의 입력에 의해 분할되어 분해됩니다. 이 과정에 영향을 미치는 산화가 발생할 수 있으므로 질소와 같은 불활성 시료 가스를 사용하여 DSC에서 이를 구현할 수 있습니다. 분해는 흡열 과정입니다.
인용:
- Stephen M. Hsua와 Chun-I Chenb, 디젤 엔진 성능을 예측하는 화학 동역학 모델.2부.
벤치 테스트 절차: 마찰학 편지, Vol.
14, No. 2, February 2003. - B. Wunderlich, Thermal Analysis of Polymeric Materials.
Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. - G. W. 에렌슈타인, G. 리델, P. 트라윌, 플라스틱의 열 분석: 이론과 실제.
Munich: Hanser, 2004. - 플라스틱 – 시차 주사 열량 측정(DSC), ISO 11357-6, 2008.
- Mahbuba Islam, Anna Kaczmarek 및 Jolanta Tomaszewska-Gras, 유통 기한 동안 냉간 압착 오일의 산화 상태를 평가하는 도구로서의 차동 주사 열량 측정: 식품 측정 및 특성화 저널 (2023) 17:6639-6651.
