材料现代分析方法 14 热分析法.pdf

第十七章 热分析法 概述 热分析 （thermal analysis ）：在程序控制温度条件下，测量物质的物 理性质随温度变化的函数关系的技术。 物质的物理性质的变化，即状态的变化，总是用温度T这个状态函数 来量度的。数学表达式为 F=f （T） 其中F 是一个物理量，T是物质的温度。 所谓程序控制温度，就是把温度看着是时间的函数。取 T=ϕ （τ） 其中τ是时间，则 F=f （T）或f （ τ） 概述 在不同温度下，物质有三态：固、液、气，固态物质又有不同的结晶 形式。 对热分析来说，最基本和主要的参数是焓（ΔH ），热力学的基本公 式是： ΔG= ΔH-T ΔS 存在三种情况：ΔG0 ，ΔG=0 ，ΔG0 常见的物理变化有：熔化、沸腾、升华、结晶转变等； 常见的化学变化有：脱水、降解、分解、氧化，还原，化合反应等。 这两类变化，首先有焓变，同时常常也伴随着质量、机械性能和力学 性能的变化等。 概述 热分析组织：国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis ）ICTA 热分析发行的刊物有： 热分析文摘（Thermal Analysis Abstract ）TAA ，双月刊，1972 热分析杂志（Journal of thermal Analysis ，双月刊，1969 热化学学报（thermachemical Acta ）,每年四卷，1974 量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal Analysis ）日文，季 刊，1974 表1 几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数 第一节 差热分析法 一、基本原理与差热分析仪 差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的 温度差与温度关系的一种热分析方法。 参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应 的物质，如α-Al O 、MgO等。 2 3 在实验过程中，将样品与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记 录下来，就得到了差热分析曲线。 用于差热分析的装置称为差热分析仪。 图1 差热分析仪结构示意图 1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电偶；6-冰冷联 结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品热电偶；10-放大器；11- x-y记录仪 STA 449 C型综合热分析仪 DIL 402PC型热膨胀仪 TAS-100型热分析仪 典型的DTA 曲线 图中基线相当于ΔT=0，样品无 热效应发生，向上和向下的峰反 映了样品的放热、吸热过程。 图2 典型的DTA曲线 TAS-100型热分析仪上做的TG-DTA曲线 STA 449 C型综合热分析仪上做的TG-DSC曲线 二、差热曲线分析与应用 依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的个数、形状及相应 的温度等，可定性分析物质的物理或化学变化过程，还可依据峰面 积半定量地测定反应热。 表2 差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因 应用 （1）定性分析：定性表征和鉴别物质， 依据：峰温、形状和峰数目 方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对 照。 标准卡片有：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡片约2000张和麦肯齐 (Mackenzie)制作的卡片1662张(分为矿物、无机物与有机物三部 分)。 （2）定量分析 依据：峰面积。因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定 量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。