物理化學實驗差熱分析

1、 差熱分析一、實驗目的及要求掌握差熱分析的基本原理和方法，用差熱分析儀測定硫酸銅的差熱圖，并掌握定性解釋圖譜的基本方法。掌握差熱分析儀的使用方法。二、實驗原理物質(zhì)在受熱或冷卻的過程中，如有物理或化學的變化會伴有熱效應發(fā)生。差熱分析是測定在同一受熱條件下，試樣與參比物（在所測定的溫度范圍內(nèi)不會發(fā)生任何物理或化學變化的熱穩(wěn)定的物質(zhì)）之間溫差QT）對溫度（T）或時間（t）關系的一種方法。差熱分析儀結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。它包括HTH1-I型加熱器、NTC-I型溫度控制儀、放置樣品和參比物的坩堝、盛放坩堝并使其溫度均勻的保持器、測溫熱電偶、NDTA-II型差熱分析儀和計算機。圖一差熱分析儀結(jié)構(gòu)原理圖溫度控

2、制儀控制加熱爐的溫度和升溫速率，差熱分析儀采集樣品和參比物之間的溫差隨溫度及時間變化的數(shù)據(jù)，通過計算機實時繪制溫度-溫差曲線，并對實驗結(jié)果進行計算和處理。兩對相同材料熱電偶并聯(lián)而成的熱電偶組，它們分別置于樣品和參比物的中心。測量它們的溫差（T）和它們的溫度。H試樣與參比物放入坩堝后，按一定的速率升溫，如果參比物和試樣熱容大致相同就能得到理想的差熱分析圖，圖中T是由插在參比物的熱電偶所反映的溫度曲線。AH線反映試樣與參比物間的溫差曲線。如試樣無熱效應發(fā)生，那樣與參比物間紅=0，在曲線上AB、DE、GH是平滑的基線。當有熱效發(fā)生而使試樣的溫度高于參比物，則出現(xiàn)如BCD峰頂向下的放熱峰。反之，峰頂向

3、上的EFG吸熱峰。差熱圖中峰的數(shù)目多少，位置、峰面積、方向、高度、寬度、對稱性反映了試樣在所測量溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的物理變化和化學變化次數(shù)、發(fā)生轉(zhuǎn)化的溫度范圍、熱效應大小及正負。峰的高度、寬度、對稱性除與測試條件有關外還與樣品變化過程的動學因素有關。所測得的差熱圖比理想的差熱圖復雜得多。三、儀器與藥品NDTA-II型差熱分析儀CUSO45H20（分析純）；a-AL203（分析純）四、實驗步驟按照儀器說明書將儀器聯(lián)接妥當。并斷開NTC-I型溫度控制儀、NDTA-II型差熱分析儀和計算機電源。安裝樣品和參比物取下加熱器小帽，小心取下加熱器；取下坩堝保持器并打開蓋；分別將被測樣品和參比物裝入兩只清潔的

4、坩堝內(nèi)，兩者質(zhì)量(67mg)相等適當用力搗實，再將坩堝插進保持器的孔中；熱電偶頂端涂上少量導熱硅脂，再將坩堝保持器上裝有坩堝的兩個孔對準熱電偶，使裝樣品坩堝對準“樣品”熱電偶，裝參比物的坩堝對準“參比”熱電偶后小心套上，適當安壓坩堝，盡量使坩堝與熱電偶接觸良好。然后裝上保持器小蓋；小心裝上加熱器，盡量避免碰撞坩堝保持器，然后裝上加熱器小帽；將加熱器電纜插入加熱器電源接口；更換樣品或其他工作需要取下加熱器，應首先切斷電源，待加熱器溫度降低后再操作，避免燙傷。分別檢查以下各部件的聯(lián)接狀態(tài)：檢查聯(lián)接NTC-I型溫度控制儀和NDTA-II型差熱分析儀的電源線；檢查聯(lián)接NTC-I型溫度控制儀的加熱電纜；

5、檢查聯(lián)接NTH-I型加熱器和NDTA-II型差熱分析儀的熱電偶；檢查聯(lián)接NDTA-II型差熱分析儀和NTC-I型溫度控制儀的熱電偶；檢查聯(lián)接NDTA-II型差熱分析儀和計算機的通訊電纜； 檢查無誤后，分別接通NTC-I型溫度控制儀、NDTA-II型差熱分析儀和計算機電源。NTC-I型溫度控制儀工作參數(shù)的設定)按下“設置”鍵，溫度顯示器顯示“C”，通過“+1”、“-1”、“X10”鍵設置加熱器目標溫度(單位C)；(300C)再按下“設置”鍵，溫度顯示器顯示“i，通過”、“-1”、“X10”鍵設置加熱器功率(單位W),(使升溫速度約為10C)再按下“設置”鍵，溫度顯示器顯示“P2”，通過”、“-1

6、”、“X10”鍵設置加熱器保溫功率(單位W)；再按下“設置”鍵，溫度顯示器顯示“t1，通過”、“-1”、“X10”鍵設置NTC-I型溫度控制儀定時報警時間間隔，單位：秒；再按下“設置”鍵，溫度顯示器顯示“n”，通過”、“-1”鍵設置NTC-I型溫度控制儀定時報警蜂鳴器開與關；再按下“設置”鍵，NTC-I型溫度控制儀退出“設置”狀態(tài)，進入正常工作狀態(tài)；NDTA-II型差熱分析系統(tǒng)軟件使用)運行“NDTASETUP.EXE、將本軟件安裝至硬盤，建議使用“D：NDTA”文件夾，然后在桌面上建立名為“”的快捷方式圖標；2)雙擊“”圖標，系統(tǒng)開始運行，工作界面如圖三所示。 工具條按鈕排列如圖四所示。NN

7、aI色列也aJ旦#JiJyJ圖四工具條按鈕從左到右依次為：開始采集：當上述所有準備工作完成后，按下溫度控制儀“加熱”鍵，加熱器開始加熱，同時“加熱”指示燈亮。點擊“開始采集“按鈕，系統(tǒng)開始采集實驗數(shù)據(jù)，窗口如圖五所示。隨著時間變化，兩條曲線逐漸延伸。藍色曲線為參比物溫度-時間曲線，紅色曲線為參圖五開始采集窗口比物與樣品的溫差-時間曲線。移動光標，可在狀態(tài)欄左側(cè)看到光標所在位置的坐標值。當光標停在溫差-時間曲線上時，顯示的是溫差-時間值，其他位置則顯示溫度-時間值。雙擊鼠標左鍵，在光標位置上出現(xiàn)一個標志并在其下方標出該點的坐標值。停止采集：數(shù)據(jù)采集完成后，點擊此按鈕圖六停止采集窗口停止采集任務，

8、彈出一個對話框詢問是否保存數(shù)據(jù)，窗口如圖六所示。如回答“是”則再次彈出一個對話框提示保存數(shù)據(jù)文件的文件名，默認的文件名是：差熱分析日期序號。建議使用默認文件名。如回答“否”則放棄全部數(shù)據(jù)。溫度溫差時間曲線：點擊此按鈕，繪制溫度溫差時間曲線。如圖七所示。圖七溫度/溫差-時間曲線圖八溫差-溫度曲線 # 溫差-溫度曲線：點擊此按鈕，繪制溫差-溫度曲線。如圖八所示。光滑曲線：當顯示溫差-溫度曲線時，點擊此按鈕消除曲線毛刺。原始曲線如圖九所示，經(jīng)光滑后的曲線如圖十、圖十一、圖十二和圖十三所示。圖九原始曲線擦除曲線：擦除所有曲線，刷新屏圖十擦除標志：保留曲線，擦除所有標志。打開文件：打開已有的數(shù)據(jù)文件，繪

9、制溫度/溫差-時間曲線。窗口如圖十四所示五、打?。簩⑵翈椭畔ⅲ和顺觯航Y(jié)束和日期時間等輸出到打印機。注意事項.試樣需研磨與參比物粒度相仿（約20目0），兩者裝填在坩堝中的緊密程度應盡量相同。將儀器放置在無強電磁場干擾的區(qū)域內(nèi)，并將型加熱器放置穩(wěn)固;請勿帶電插拔各種纜線接口，防止損壞儀器；取下或放置加熱器時，應防止燙傷；六、數(shù)據(jù)處理1指出樣品差熱圖中各峰的起始溫度和峰溫。2討論各峰所對應的可能變化。七、思考題1差熱分析與簡單熱分析（步冷曲線法）有何異同？2在實驗中為什么要選擇適當?shù)臉悠妨亢瓦m當?shù)纳郎厮俾剩?測溫熱電偶插在試樣中和插在參比物中，其升溫曲線是否相同？八、討論1差熱分析是一種動態(tài)分析方

10、法，因此實驗條件對結(jié)果有很大的影響，一般要求：試樣用量盡可能少。這樣可得到比較尖銳的峰，并能分辨出靠得很近的峰，樣品過多往往會使峰形成“大包”，并使相鄰的峰相互重疊而無法分辨。選擇適宜的升溫速率。低的升溫速率基線漂移小，所得峰形顯得矮和寬，可分辨出靠得很近的變化過程，但測定時間長。升溫速率高時峰形比較尖銳，測定時間短，但基線漂移明顯，與平衡條件相距較遠，出峰溫度誤差大，分辨力下降。2作為參比物的材料，要求在整個測定溫度范圍內(nèi)應保持良好的熱穩(wěn)定性，不應有任何熱效應產(chǎn)生，常用的參比物有煅燒過的、石英砂等。測定時應盡可能選取與試樣的比熱、導熱系數(shù)相近的物質(zhì)作參比物。有時為使試樣與參比物熱性質(zhì)相近，可在試樣中摻入?yún)⒈任铮樵嚇恿康?倍2倍）。3從理論上講，差熱曲線峰面積（）的大小與試樣所產(chǎn)生的熱效應（）大小成正比，即，為比例常數(shù)，將未知試樣與已知熱效應物質(zhì)的差熱峰面積相比，就可求出未知試樣的熱效應。實際上，由于樣品和參比物間往往存在著比熱，導熱系數(shù)、粒度、裝填緊密程度等方面不同，在測定過程中又由于熔化，分解轉(zhuǎn)晶等物理或化學性質(zhì)的改變、未知物試樣和參比物的比例常數(shù)并不相同，故用它來進行