rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2023-19-4-35-50rmjournal-420Research ArticleСтандартные образцыReference materialsИсследование стандартных образцов температуры и удельной энтальпии фазовых переходов металлов и солей металловStudy of Certified Reference Materials for Temperature and Specific Enthalpy of Phase Transitions of Metals and Metal Saltshttps://orcid.org/0000-0002-8654-9189НепомилуевА. М.NepomiluevA. M.

Непомилуев Андрей Михайлович – канд. хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории термометрии и поверхностной плотности

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Andrei M. Nepomiluev – Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher of the laboratory of thermometry and surface density

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

nepomiluevam@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8499-369XШипицынА. П.ShipitsynA. P.

Шипицын Артем Павлович – ведущий инженер лаборатории термометрии и поверхностной плотности 

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Artyom P. Shipitsyn – Leading Engineer of the laboratory of thermometry and surface density

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

shipitsyn@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2032-3427ТюрнинаА. Е.TyurninaA. E.

Тюрнина Анастасия Евгеньевна – канд. физ.-мат. наук, заместитель заведующего лабораторией термометрии и поверхностной плотности 

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Anastasiya E. Tyurnina – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Deputy Head of the laboratory of thermometry and surface density

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

anastasiya.uniim@mail.ruУНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2023240920231943550Copyright © Непомилуев А.М., Шипицын А.П., Тюрнина А.Е., 20232023Непомилуев А.М., Шипицын А.П., Тюрнина А.Е.Nepomiluev A.M., Shipitsyn A.P., Tyurnina A.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/420

Разработка процедур калибровки, а также аттестация легкодоступных стандартных образцов (СО) и улучшение их метрологических характеристик являются актуальными вопросами для методов термического анализа.

В ходе работы обоснована необходимость проведения исследования с целью расширения ассортимента ГСО температуры и энтальпии фазовых переходов. Дано обоснование выбора метода измерений и исходных материалов. Подробно описаны условия проведения экспериментов, а также обоснован выбор данных условий.

Получены метрологические характеристики исследуемой партии СО: температура фазового перехода (Тфп), удельная энтальпия фазового перехода (Нфп). Аттестованные значения Тфп для разработанных СО на основе высокочистых металлов (Bi, Al, Ag, Au) согласуются с температурами реперных точек МТШ-90 с точностью не хуже ±0,01 °C. Аттестованные значения Нфп СО на основе высокочистых Bi, Al, Ag, Au согласуются с результатами, приведенными в справочных данных в пределах от 0,3 до 1,3 %.

Разработанные СО прошли метрологическую экспертизу и внесены в Реестр утвержденных типов стандартных образцов ФИФ ОЕИ в качестве комплекта стандартных образцов утвержденного типа температуры и удельной энтальпии фазовых переходов (набор СО СОТСФ-2) ГСО 11890–2022/ГСО 11896–2022.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что аттестованные СО позволяют расширить возможности: а) установления и контроля стабильности градуировочной (калибровочной) характеристики установок и средств измерений термического анализа; б) аттестации методик (методов) измерений и контроля точности результатов измерений температуры и удельной энтальпии фазовых переходов в металлах, солях металлов, оксидах металлов, полимерных материалах, органических и неорганических веществах.

The development of calibration procedures, as well as the certification of readily available reference materials (RMs) and the improvement of their metrological characteristics, are topical issues for thermal analysis methods. In the course of the work, the necessity of conducting a study in order to expand the range of CRMs for temperature and enthalpy of phase transitions is substantiated. The substantiation of the choice of the measurement procedure and starting materials is given. The conditions for conducting experiments are described in detail, and the choice of these conditions is justified. The developed CRMs passed the metrological examination and were included in the Register of approved types of reference materials FIF EUM as a set of certified reference materials for temperature and specific enthalpy of phase transitions (set SOTSF-2) GSO 11890–2022/GSO 11896–2022. The practical significance of the obtained results is as follows: certified reference materials allow expanding the possibility of establishing and monitoring the stability of the calibration characteristics of thermal analysis installations and measuring instruments; certification of measurement procedures (methods) and accuracy control of the measurement results of the phase transition temperature of metals, metal salts, metal oxides, and polymeric materials, organic and inorganic substances.

стандартные образцытермический анализтемпература фазового переходаудельная энтальпия фазового переходагосударственный первичный эталонreference materialthermal analysisphase transition temperaturespecific enthalpy of phase transitionstate primary standardЭто исследование не получало финансовой поддержки в виде гранта от какой-либо организации государственного, коммерческого или некоммерческого сектора. Все измерения проводились с использованием оборудования ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева».The research did not receive financial support in the form of a grant from any organization in the public, commercial or non-profit sector. All measurements were performed using the equipment of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology.ReferencesStandards, calibration, and guidelines in microcalorimetry. Part 2. Calibration standards for differential scanning calorimetry (IUPAC Technical Report) / G. D. Gatta [et al.] // Pure and Applied Chemistry. 2006. Vol. 78, № 7. P. 1455–1476. https://doi.org/10.1351/pac200678071455Gatta G. D., Richardson M. J., Sarge S. M., Stölen S. Standards, calibration, and guidelines in microcalorimetry. Part 2. Calibration standards for differential scanning calorimetry (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2006;78(7):1455–1476. https://doi.org/10.1351/pac200678071455Hill J. O. For better thermal analysis and calorimetry // International Confederation for Thermal Analysis. 3rd ed. 1991.Hill J. O. For better thermal analysis and calorimetry. In: International Confederation forThermal Analysis. 3rd ed. 1991.Die temperaturkalibrierung dynamischer kalorimeter / G. W. H. Höhne [et al.] // PTB-Mitteilungen. 1990. Vol. 100, № 1. P. 25–31.Höhne G. W. H., Cammenga H. K., Eysel W., Gmelin E., Hemminger W. Die temperaturkalibrierung dynamischer kalorimeter. PTB-Mitteilungen. 1990;100(1):25–31.The temperature calibration of scanning calorimeters / G. W. H. Höhne [et al.] // Thermochica Acta. 1990. Vol. 160, № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/0040–6031(90)80235-QHöhne G. W. H., Cammenga H. K., Eysel W., Gmelin E., Hemminger W. The temperature calibration of scanning calorimeters. Thermochica Acta. 1990;160(1):1–12. https://doi.org/10.1016/0040–6031(90)80235-QDie temperaturkalibrierung dynamischer Kalorimeter II. Kalibriersubstanzen. / H. K. Cammenga [et al.] // PTB-Mitteilungen. 1992. Vol. 102, № 1. P. 13–18.Cammenga H. K., Eysel W., Gmelin E., Hemminger W., Höhne G. W. H, Sarge S. M. Die temperaturkalibrierung dynamischer Kalorimeter II. Kalibriersubstanzen. PTB-Mitteilungen. 1992;102(1):13–18.The temperature calibration of scanning Kalorimetrs. Part 2. Calibration substances / H. K. Cammenga [et al.] // Thermochica Acta. 1993. Vol. 219. P. 333–342. https://doi.org/10.1016/0040–6031(93)80510-HCammenga H. K., Eysel W., Gmelin E., Hemminger W., Höhne G. W. H, Sarge S. M. The temperature calibration of scanning Kalorimetrs. Part 2. Calibration substances. Thermochica Acta. 1993;219:333–342. https://doi.org/10.1016/0040–6031(93)80510-HDie kalorische kalibrierung dynamischer Kalorimeter / S. M. Sarge [et al.] // PTB-Mitteilungen. 1993. Vol. 103. P. 491–512.Sarge S. M., Gmelin E., Höhne G. W. H., Cammenga H. K., Hemminger W., Eysel W. Die kalorische kalibrierung dynamischer Kalorimeter. PTB-Mitteilungen. 1993;103:491–512.The caloric calibration of scanning calorimeters / S. M. Sarge [et al.] // Thermochica Acta. 1994. Vol. 247, № 2. P. 129–168. https://doi.org/10.1016/0040–6031(94)80118-5Sarge S. M., Gmelin E., Höhne G. W. H., Cammenga H. K., Hemminger W., Eysel W. The caloric calibration of scanning calorimeters. Thermochica Acta. 1994;247(2):129–168. https://doi.org/10.1016/0040–6031(94)80118-5Metrologically based procedure for the temperature, heat and heat flow rate calibration of DSC / S. M. Sarge [et al.] // Journal of Thermal Analysis. 1997. Vol. 49. P. 1125–1134. https://doi.org/10.1007/BF01996802.Sarge S. M., Hemminger W., Gmelin E., HöhnjDonald G. A., Richard W. C. Thermodynamic properties of the NaCl+H2O system. 4. Heat capacities of H2O and NaCl(aq) in cold-stable and supercooled states // The Journal of Physical Chemistry B. 2000. Vol. 104, № 35. P. 8563–8584. https://doi.org/10.1021/jp0003914Donald G. A., Richard W. C. Thermodynamic properties of the NaCl+H2O system. 4. Heat capacities of H2O and NaCl(aq) in cold-stable and supercooled states. The Journal of Physical Chemistry B. 2000;104(35):8563–8584. https://doi.org/10.1021/jp0003914Gmelin E., Sarge S. M. Calibration of differential scanning calorimeters // Pure and Applied Chemistry. 1995. Vol. 67, № 11. P. 1789–1800. http://dx.doi.org/10.1351/pac199567111789.Gmelin E., Sarge S. M. Calibration of differential scanning calorimeters. Pure and Applied Chemistry. 1995;67(11):1789–1800. http://dx.doi.org/10.1351/pac199567111789Государственный первичный специальный эталон единиц удельной энтальпии и удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температур от 700 до 1800 К ГЭТ 67–2013 / В. В. Казанцев [и др.] // Измерительная техника. 2015. № 2. С. 11–17.Kazantsev V. V., Cherepanov V. I., Sennikova V. N., Averkiev M. V. National primary special standard GET 67–2013 for the units of specific enthalpy and specific heat of solids at temperatures in the 700-1800 K range. Measurement Techniques. 2015;58(2):121–126. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0673-7Попов М. М. Термометрия и калориметрия. 2-е изд. перераб. М.: Из-во Московского Университета, 1954. 943 с.Popov M. M. Thermometry and calorimetry. 2nd ed. Moscow: Moscow University publ; 1954. 943 p. (In Russ.).Жарский И. М., Новиков Г. И. Физические методы исследования в неорганической химии: учебное пособие для химических и химико-технологических вузов. М.: Высшая школа, 1988. 271 с.Zharskiy I. M., Novikov G. I. Physical research methods in inorganic chemistry: textbook for chemical and chemical-technological universities. Moscow: Vysshaya shkola; 1988. 271 p. (In Russ.).Thermal analysis study of phase transformations of magnesium and calcium methanesulfonates / D. A. Kosova [et al.] // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020. Vol. 65, № 5. P. 752–757. https://doi.org/10.31857/S0044457X200501282020Kosova D. A., Provotorov D. I., Kuzovchikov S. V., Uspenskaya I. A. Thermal analysis study of phase transformations of magnesium and calcium methanesulfonates. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020;65(5):752–757. https://doi.org/10.31857/S0044457X200501282020Preston-Thomas H. The international temperature scale of 1990 (ITS-90) // Metrologia. 1990. Vol. 27, № 1. P. 3–10. https://doi.org/10.1088/0026–1394/27/1/002Preston-Thomas H. The international temperature scale of 1990 (ITS-90). Metrologia. 1990;27(1):3–10. https://doi.org/10.1088/0026–1394/27/1/002Temperature, heat and heat flow rate calibration of scanning calorimeters in the cooling mode / S. M. Sarge [et al.] // Thermochica Acta. 2000. Vol. 361, № 1–2. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/S0040–6031(00)00543-8.Sarge S. M., Höhne G. W. H., Cammenga H. K., Eysel W., Gmelin E. Temperature, heat and heat flow rate calibration of scanning calorimeters in the cooling mode. Thermochica Acta. 2000;361(1–2):1–20. https://doi.org/10.1016/S0040–6031(00)00543-8Earnest C. M., Miller E. T. An assessment of barium and strontium carbonates as temperature and enthalpy standards // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. Vol. 130. P. 2277–2282. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6539-2Earnest C. M., Miller E. T. An assessment of barium and strontium carbonates as temperature and enthalpy standards. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017;130:2277–2282. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6539-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.