實(shí)驗(yàn)一綜合熱分析實(shí)驗(yàn).doc

實(shí)驗(yàn)一 綜合熱分析實(shí)驗(yàn)1、 目的要求 1.了解綜合熱分析儀的基本構(gòu)造、原理及方法。 2.了解實(shí)驗(yàn)條件的選擇。 3.掌握熱分析樣品的制樣方法。 4.掌握對(duì)樣品的熱分析圖譜進(jìn)行相關(guān)分析和計(jì)算。2、 綜合熱分析儀的結(jié)構(gòu)、原理及性能綜合熱分析儀是在程序控制溫度下同步測(cè)定物質(zhì)的重量變化、溫度變化和熱效應(yīng)的裝置。一般地，綜合熱分析儀主要由程序控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、操作控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。1. TG的結(jié)構(gòu)、原理及性能熱重法（TG）是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種熱分析技術(shù)。熱重法記錄的是熱重曲線（曲線），它以質(zhì)量作為縱坐標(biāo)，以溫度或時(shí)間為橫坐標(biāo)，即曲線。熱重法通常有下列兩種類型：等溫?zé)嶂胤ǎ涸诤銣叵聹y(cè)定物質(zhì)質(zhì)量變化與時(shí)間的關(guān)系；非等溫?zé)嶂胤ǎ涸诔绦蛏郎叵聹y(cè)定物質(zhì)質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系。熱重法所用儀器稱為熱重分析儀或熱天平，其基本構(gòu)造是由精密天平和程序控溫的加熱爐組成，熱天平是根據(jù)天平梁的傾斜與重量變化的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定的，通常測(cè)定重量變化的方法有變位法和零位法兩種。變位法是利用物質(zhì)的質(zhì)量變化與天平梁的傾斜成正比的關(guān)系，用差動(dòng)變壓器直接控制檢測(cè)。零位法是靠電磁作用力使因質(zhì)量變化而傾斜的的天平梁恢復(fù)到原來的平衡位置，施加的電磁力與質(zhì)量變化成正比，而電磁力的大小與方向是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中線圈中的電流實(shí)現(xiàn)的，因此檢測(cè)此電流即可知質(zhì)量變化。天平梁傾斜由光電元件檢出，經(jīng)電子放大后反饋到安裝在天平衡量上的感應(yīng)線圈，使天平梁又回到原點(diǎn)。SDTQ600綜合熱分析儀采用水平雙桿雙天平的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一臂作為水平天平零位平衡測(cè)量，另一臂作為高靈敏度DTA的熱電偶。同時(shí)，一臂用來裝填試樣，測(cè)量質(zhì)量變化，給出的重量信號(hào)為樣品臂和參比臂的重量信號(hào)差；另一臂作參比，用來測(cè)量DTA和修正TG。水平雙天平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠同時(shí)檢測(cè)TG質(zhì)量變化及DTA差熱變化，也會(huì)自動(dòng)扣除天平的熱膨脹和浮力效應(yīng)。雙臂天平結(jié)果漂移更小，基線更穩(wěn)定，重復(fù)測(cè)試的精度和準(zhǔn)確度也更高。雙臂熱天平在升溫過程中，由于氣體的浮力效應(yīng)、加熱氣體的熱循環(huán)、載氣量的多少、氣流及環(huán)境均相同，各種變化相等且相應(yīng)的作用于兩臂坩堝上，對(duì)結(jié)果的影響相互抵消，從而提高實(shí)驗(yàn)精度。2. DTA的結(jié)構(gòu)、原理及性能差熱分析（DTA）是在程序控制溫度條件下，測(cè)量樣品與參比物之間的溫度差與溫度關(guān)系的一種熱分析技術(shù)。差熱分析記錄的是差熱分析曲線(DTA曲線)。在DTA中，試樣S和參比物R分別裝載兩坩堝內(nèi)，在試樣和參比物中各有一個(gè)熱電偶，這兩個(gè)熱電偶相互反接。對(duì)試樣和參比物同時(shí)進(jìn)行程序升溫，當(dāng)加熱到某一溫度，試樣放熱或吸熱時(shí)，試樣溫度T會(huì)高于或低于參比物溫度T產(chǎn)生溫差，該溫差T就會(huì)由上述兩個(gè)反接的熱電偶以差熱電勢(shì)形式輸給差熱放大器，經(jīng)放大后輸入記錄儀，得到差熱曲線，即TT曲線。3. DSC的結(jié)構(gòu)、原理及性能差式掃描量熱法（DSC）是在程序控制溫度下，測(cè)量輸入給樣品和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。DSC按測(cè)定方法不同可分為兩種：功率補(bǔ)償式差示掃描量熱法和熱流式差示掃描量熱法。功率補(bǔ)償式差示掃描量熱儀是在樣品和參比物始終保持相同溫度的條件下，測(cè)定為滿足此條件樣品和參比物兩端所需的能量差，并直接作為信號(hào)Q輸出。對(duì)功率補(bǔ)償式差示掃描量熱法，在樣品池和參比物池下各有一個(gè)補(bǔ)償加熱絲，以補(bǔ)償二者之溫差T，通過微伏放大器，把信號(hào)輸給差熱補(bǔ)償器，使輸入到補(bǔ)償加熱絲的電流變化。如果樣品吸熱，補(bǔ)償加熱絲變供熱給試樣，使試樣與參比物的溫度相同，即T=0；如果樣品放熱，補(bǔ)償加熱絲便供熱給參比物，使樣品與參比物的溫度相同，即T=0。這樣，補(bǔ)償?shù)哪芰烤褪菢悠肺栈蚍懦龅哪芰俊崃魇讲钍緬呙枇繜岱ㄊ窃诨跇悠泛蛥⒈任锵嗤墓β氏?，測(cè)試樣品和參比物兩端的溫差T，然后根據(jù)熱流方程，將T換算成Q作為信號(hào)的輸出。因此，熱流式差示掃描量熱儀與功率補(bǔ)償式差示掃描量熱儀最大的不同就是在樣品池與參比物池下沒有補(bǔ)償加熱絲。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法 1.制樣方法SDTQ600綜合熱分析儀可對(duì)固體和液體樣品進(jìn)行TG、DTA和DSC測(cè)試。固體試樣要求顆粒均勻、裝填致密且形成均勻的薄層，有利于得到重現(xiàn)性較好的熱分析曲線。因?yàn)闊犭娕嘉挥谯釄鍢悠繁P的中部，所以塊狀樣品應(yīng)盡量位于干過的中部區(qū)域。樣品的裝填不應(yīng)超過坩堝總?cè)莘e的三分之一。液體樣品可直接置于坩堝內(nèi)，但不應(yīng)超過坩堝總?cè)莘e的三分之一。 2.綜合熱分析儀的操作規(guī)程 （1）打開鋼瓶閥門，調(diào)節(jié)氣體出口壓強(qiáng)為0.1MPa;(2)依次開啟主機(jī)電源、計(jì)算機(jī)電源；打開軟件，并設(shè)定相應(yīng)的測(cè)定條件； （3）打開加熱爐，取出樣品坩堝，放入樣品，關(guān)閉加熱爐，進(jìn)行操作； （4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出坩堝。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 從圖知金屬In的熔點(diǎn)是160.07，熔融焓是18.74J/gDTA曲線中峰值溫度分別為158.01、164.88。5、 思考題1. 簡(jiǎn)述熱重法、差熱分析發(fā)、差示掃描量熱法的基本原理？熱重法（TG）是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。其原理是許多物質(zhì)在加熱過程中常伴隨質(zhì)量的變化，這種變化過程有助于研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；也有助于研究物質(zhì)的脫水、解離、氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現(xiàn)象。物質(zhì)在加熱、冷卻過程中，除產(chǎn)生熱效應(yīng)外，往往有質(zhì)量變化，變化的大小及出現(xiàn)的溫度與物質(zhì)的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。利用TG可區(qū)別和鑒定不同的物質(zhì)。差熱分析是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)與參比物之間的溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。在DAT試驗(yàn)中，樣品溫度的變化是由于相轉(zhuǎn)變或反應(yīng)的吸熱或放熱效應(yīng)引起的。其基本原理是：將試樣與惰性參考物并放在一金屬塊適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，放在加熱爐的中部，按一定速度升溫或降溫。通過均熱塊使試樣和參比物處于同一溫度室中。在試樣和參比物沒有發(fā)生物理和化學(xué)變化時(shí)，無熱效應(yīng)發(fā)生，試樣池和參比池的溫度相等示差熱電勢(shì)始終等于一個(gè)定值，此時(shí)記錄的DTA曲線是一直線，稱沒有熱效應(yīng)的DTA曲線為基線。當(dāng)試樣在某一溫度下發(fā)生物理或化學(xué)變化，則會(huì)放出或吸收一定的熱量，此時(shí)示差電動(dòng)勢(shì)就會(huì)偏離基線，出現(xiàn)差熱峰。DSC是在程序控制溫度下，測(cè)量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。根據(jù)測(cè)量方法分功率補(bǔ)償型和熱流型。分辨能力和靈敏度高，使用溫度范圍較寬。測(cè)量各種熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)。其基本原理為：比DTA多了一個(gè)功率補(bǔ)償放大器，樣品與參比物下增加了補(bǔ)償加熱器。補(bǔ)償器供熱給試樣或參比物，使二者的溫度相等，T0補(bǔ)償?shù)哪芰烤褪菢悠肺栈蚍懦龅哪芰俊?. DTG曲線與TG曲線有何不同？從DTG曲線上可以得到那些信息？DTG是TG曲線對(duì)溫度或時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，即質(zhì)量變化率。曲線上出現(xiàn)的峰表示質(zhì)量發(fā)生變化，峰的面積與試樣的質(zhì)量變化成正比，峰頂與失重變化率最大處相對(duì)應(yīng)。TG曲線上質(zhì)量基本不變的部分稱平臺(tái)，兩平臺(tái)之間的部分稱臺(tái)階。3. 為何用外推起始溫度作為DTA曲線的反應(yīng)起始溫度？因?yàn)槠鹗紲囟扰c儀器的靈敏度有關(guān)，靈敏度越高則出現(xiàn)越早，即起始溫度重復(fù)性較差。而外推起始溫度和峰溫的重復(fù)性較好，故常以此作為特征溫度。4. 簡(jiǎn)述DSC技術(shù)的原理和特點(diǎn)以及功率補(bǔ)償式差示掃描量熱法和熱流式差示掃描量熱法的異同？DSC是在程序控制溫度下，測(cè)量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。根據(jù)測(cè)量方法分功率補(bǔ)償型和熱流型。分