热分析实验课件.ppt

热分析 国际热分析协会（ICTA)热分析定义： 在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。 ICTA 热分析方法的九类 热分析技术分类 几种主要的热分析方法 差热分析 差热分析（Differential Thermal Analysis），简称DTA ——是在程序控制温度下测定物质和参比物之 间的温度差和温度关系的一种技术。 参比物： 在测定条件下不产生任何热效应 的惰性物质 1. 差热分析原理 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成图所示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度T和T0不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。 两个结点中与被测介质接触的一个称为测量端或工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。 差热分析原理 热电偶与差热电偶 将两个反极性的热电偶串联起来，就构成了可用于测定两个热源之间温度差的温差热电偶。 差热分析原理 仪器因素 炉子尺寸 坩埚大小和形状 差热电偶性能 热电偶与试样相对位置 记录系统精度 操作因素 加热速度 压力和气氛 功率补偿型(Power Compensation) 在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号?Q（热量差）输出。 热流型(Heat Flux) 在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品两端的温差?T，然后根据热流方程，将?T（温差）换算成?Q（热量差）作为信号的输出。 dQ/dt = dQ/dT ? dT/dt Q ：热量 t ：时间 T ：温度 dQ/dt： 纵坐标信号，mW； dT/dt ：程序温度变化速率，?C/min; 纵坐标信号的大小与升温速度成正比 基线的重要性 样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分； 样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等； 平直的基线是一切计算的基础。 如何得到理想的基线 干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气； 选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难； 进行基线最佳化操作。 校正的含义 校正温度与能量的对应关系 校正的原理 方法：测定标准物质，使测定值等于理论值 手段：能量、温度区间、温度绝对值 什么时候需要校正 1. 样品池进行过清理或更换 2. 进行过基线最佳化处理后 扫描速度的影响 灵敏度随扫描速度提高而增加 分辨率随扫描速度提高而降低 技巧： 增加样品量得到所要求的灵敏度 低扫描速度得到所要求的分辨率 样品制备的影响 样品几何形状： 样品与器皿的紧密接触 样品皿的封压： 底面平整、样品不外露 合适的样品量： 灵敏度与分辨率的折中 1. 用力过大，造成样品池不可挽救的损坏； 2. 操作温度过高（铝样品皿，温度600℃）； 3. 样品池底部电接头短路和开路； 4. 样品未被封住，引起样品池污染。 共混物的相容性 热历史效应 结晶度的表征 增塑剂的影响 固化过程的研究 高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖于温度，因而和高分子的热历史有关。 当高分子加热到Tg以上，局部链段的运动使分子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。 热天平 用于热重法的装置是热天平（热重分析仪）。 热天平由天平、加热炉、程序控温系统与记录仪等几部分组成。 热天平测定样品质量变化的方法有变位法和零位法 变位法：利用质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用直接差动变压器控制检测 零位法：靠电磁作用力使因质量变化而倾斜的天平梁恢复到原来的平衡位置（即零位），施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换机构中线圈中的电流实现的，因此检测此电流值即可知质量变化。 热重法的应用 热失重的特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。 热失重的试验结果与实验条件有关。 热失重在本世纪50年代，有力地推动着无机分析化学、高分子聚合物、石油化工、人工合成材料科学的发展，同时在冶金、地质、矿物、油漆、涂料、陶瓷、建筑材料、防火材料等方面也十分广泛，尤其近年来在合成纤维、食品加工方面应用更加广泛。总而言之，热重分析在无机化学、有机化学、生物化学、地质学、矿物学、地球化学、食品化学、环境化学、冶金工程等学科中发挥着重要的作用。 热重法的应用 无机物及有机物的脱水和吸湿； 无机物及有机物的聚合与分解； 矿物的燃烧和冶炼； 金属及其氧化物的氧化与还原； 物质组成与化合物组分的测定； 煤、石油、木材的热释； 金属的腐蚀