岛津DTG60H热分析实验报告TG,DTA曲线联用分析.docVIP

岛津DTG-60H热分析实验 实验原理 热分析（thermal analysis）是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术，在加热和冷却的过程中，随着物质的结构、相态和化学性质的变化，通常伴有相应的物理性质的变化，包括质量、温度、热量以及机械、声学、电学、光学、磁学等性质，依此构成了相应的各种热分析测试技术。表1列出了几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数和有关仪器。其中最具代表性的三种方法：热重法（TG），差热分析（DTA），差示扫描量热法（DSC）。 表1 热分析中的主要测定方法 名称（简称） 作为温度的函数测定的参数 所使用的仪器 热重量分析法（TG） 质量 热天平 微商热重量分析法（DTG） 质量的一次微商 热天平 差热分析法（DTA） 试样和基准物质之间的温度差 差热分析装置 微商差热分析法差示扫描 量热分析法（DSC） 上述温度差的一次微商供给试样 或基准物质的热量 差热分析装置差示扫描 量热分析装置 释出气分析法（EGA） 释出气体的性质、数量 质谱、气相色谱等 热膨胀分析法 膨胀系数 热膨胀计 电导率分析法 电阻 电桥等 高温X射线衍射 晶面间距 X射线衍射仪 比热测定 比热 差动量热计 温度滴定 温度变化—时间（或滴定液量） 温度滴定装置 本实验使用的岛津DTG-60H是一类差热（DTA）—热重（TG）同步测定装置。 热重法（Thermalgravimetry, TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量和温度关系的一种技术。热重法记录的是热重曲线（TG曲线），它是以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度（T）或时间（t）作横坐标，自左向右表示增加。用于热重法的仪器是热天平，它连续记录质量和温度的函数关系。热天平一般是根据天平梁的倾斜与质量变化的关系进行测定的，通常测定质量变化的方法有变位法和零位法两种。变位法利用质量变化与天平梁的倾斜成正比关系，用直接差动变压器检测。零位法根据质量变化引起天平梁的倾斜，靠电磁作用力使天平梁恢复到原来的平衡位置，所施加的力与质量变化成正比。DTG-60H采用的为变位法。只要物质受热时发生质量的变化，就可用热重法来研究其变化过程。其应用可大致归纳成如下几个方面：（1）了解试样的热（分解）反应过程，例如测定结晶水、脱水量及热分解反应的具体过程等；（2）研究在生成挥发性物质的同时所进行热分解反应，固相反应等；（3）用于研究固体和气体之间的反应；（4）测定熔点、沸点；（5）利用热分解或蒸发、升华等，分析固体混合物。图1为在相同实验条件下测得的聚氯乙烯（PVC），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），高压聚乙烯（HPPE），聚四氟乙烯（PTPE）和芳香聚四酰亚胺（PI）的热重曲线。它们不仅提供了高聚物分解温度的信息，也很简便地比较了高聚物的热稳定性。 差热分析（Differential thermal analysis, DTA）是在程序控制温度下，测量试样与参比物（一种在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。在实验过程中，可将试样与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记录下来： ⊿T = ? （T或t） 由于试样和参比物的测温热电偶是反向串联（见图2），所以当试样不发生反应，即试样温度（Ts）和参比温度（Tr）相同时，⊿T = Ts — Tr = 0，相应的温差电势为0。当试样发生物理或化学变化而伴有热的吸收或释放时，则⊿T ≠ 0，相应的温差热电势讯号经放大后送入记录仪，得到以⊿T为纵坐标，温度为横坐标的差热曲线（DTA曲线），如图3所示其中 基线相当于⊿T = 0，试样无热效应产生；向上和向下的峰反映了试样的放热、吸热过程。图4为吸热反应中试样的真实温度和试样与参比物温差⊿T的比较，从试样温度曲线可见， 吸热过程开始于A点。此时由于试样吸收热量，体系温度偏离直线而落后于炉温。达到B点时，反应基本完成。随后体系温度逐渐上升，至C点再回到炉温。至于温差曲线，显然更为清晰明显。由图可见，⊿T开始于A点，其最大值（峰点）则在B点，至C点又回到基线。 采用⊿T作检测量，比单纯用实验温度更为理想，因为这样能更好地确定峰点位置。如果是放热反应，将得到类似的差热峰形，只是差热峰处于与吸热峰相反的方向。 将不同体系的吸热和放热的原因归纳于表2，供判断差热峰的产生机理时参考。 表2 差热分析中的放热峰和吸热峰产生的原因 现象 吸热 放热 现象 吸热 放热 物理的原因 化学的原因 结晶转变 √ √ 化学吸附 √ 熔融 √ 析出 √ 气化 √ 脱水 √ 升华 √ 分解 √ √ 吸附 √ 氧化度降低 √ 脱附 √ 氧化（气体中） √ 吸收 √ 还原（气体中） √ 氧化