第五章热分析-1 DTA
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DTA热差分析一.热差分析(DTA)是在受控的温度程序下,测量某物质与参比物的温度差与温度关系的一种技术,是测量物质能量变化的方法。
药物在加热过程中因脱水、多晶型转变、熔融、分解等而产生能量的变化,由于每种药物的原、辅料都有其不同的化学组成和晶体结构,所以即使化学组成或晶体结构的微小差异,也会反映出不同的反应温度或反应能量,因此每种药物的原、辅料都有其特征的DTA曲线。
特别是药物中含有既不便分离又难以确定的杂质时,不用分离即可用DTA做出表征。
二、DTA曲线表示法(1)基线如图中的曲线段AB及DE所示是DTA曲线中∆T近于零的部分。
(2)峰如图中曲线BCD所示,是DTA曲线离开基线然后又回到基线的部分。
(3)吸热峰是指试样温度低于参比物质温度的峰,即∆T为负值。
(4)放热峰是指试样温度高于参比物质温度的峰,即∆T为正值。
(5)峰宽如图中的B,D的投影线段B'D'所示,是曲线离开基线与回至基线之间的时间或温度之差。
(6)峰高如图中的直线段CF所示,是自峰顶(图中的C点)画一条与时间或温度轴相垂直的直线,在此直线上自峰顶至补插基线间的距离。
(7)外推起始点如图中的G点,是指由峰前缘(图中的曲线段BC)上斜率最大一点做切线,与外延基线(图中的BG段)的交点。
三、影响DTA曲线的因素(1)升温速率目前所使用的热分析仪器通常都采用线性升温和连续加热,仪器的加热速率从0.5~50℃/min,有时甚至更大。
大量的有关升温速率对DTA曲线的影响的实验结果表明:①升温速率的不同影响DTA曲线的形状。
较低的升温速率往往使得DTA曲线峰的形状宽缓,而较高的升温速率导致在DTA曲线上出现尖锐而狭窄的峰。
②升温速率的不同影响相邻峰的分辨率。
较低的升温速率使相邻峰的分辨率提高,而较高的升温速率使相邻峰重叠。
③升温速率的不同明显的影响峰顶温度,即峰顶温度随升温速率增加而升高。
(2)样品用量样品的用量与DTA曲线峰面积有对应的关系,所以样品量明显影响DTA曲线峰面积的大小。
差热分析法(DTA)简介(Differential Thermal Analysis)1.DTA的基本原理差热分析是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中,样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。
如:相转变,熔化,结晶结构的转变,沸腾,升华,蒸发,脱氢反应,断裂或分解反应,氧化或还原反应,晶格结构的破坏和其它化学反应。
一般说来,相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应;而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。
将试样和参比物分别放入坩埚,置于炉中以一定速率进行程序升温,以表示各自的温度,设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。
则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。
若以对t作图,所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示,在0-a区间,ΔT大体上是一致的,形成DTA曲线的基线。
随着温度的增加,试样产生了热效应(例如相转变),则与参比物间的温差变大,在DTA曲线中表现为峰。
显然,温差越大,峰也越大,试样发生变化的次数多,峰的数目也多,所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质,而峰面积与热量的变化有关。
图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原理图图II-3-2试样和参比物的升温曲线1.参比物;2.试样;3.炉体;4.热电偶(包括吸热转变)图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线TA曲线所包围的面积S可用下式表示式中m是反应物的质量,ΔH是反应热,g是仪器的几何形态常数,C是样品的热传导率ΔT是温差,t1是DTA曲线的积分限。
这是一种最简单的表达式,它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。
这里忽略了微分项和样品的温度梯度,并假设峰面积与样品的比热无关,所以它是一个近似关系式。
差热分析(DTA)曲线差热分析(DTA)曲线是一种热分析技术,通过测量物质在加热或冷却过程中释放或吸收的热量与温度之间的关系,来分析物质的性质和组成。
以下是关于差热分析(DTA)曲线的中文描述。
差热分析(DTA)曲线主要由两部分组成:基线和术后反应(或峰)。
基线是指在实验室环境下,没有样品的情况下,热信号(一般是热电偶的电压变化)随温度的变化曲线。
基线的主要特征是平稳无波动,这是因为没有材料吸收或释放热量。
与此相比,术后反应或峰是指在实验中引入不同样品后,在一定温度范围内观察到的曲线变化。
这是由于样品中存在物质的热分解、氧化、还原等反应,或者结构相变、晶格畸变等物理变化所引起的。
因此,DTA曲线的图形可以帮助我们了解样品的性质、组成和结构。
DTA曲线图中常见的术后反应包括特征性峰、扁平峰和肩峰。
特征性峰指的是样品中出现的一个尖峰,它的出现顶峰温度(Tp)和峰面积可以帮助我们确定样品的热分解反应温度和反应热量。
扁平峰是指样品中的温度范围内,出现的一个较宽的峰,有时不易分辨。
这种峰与物质的结构相变、物理吸附、化学反应或反应物质主要由吸附形式转化为化学形式时有关。
肩峰是指样品中出现的两个连续的峰,中间平稳的部分形成“肩”。
这种峰通常与复杂的反应、多相反应以及样品中不同组分的不同热分解反应有关。
除此之外,DTA曲线还可以显示样品的热稳定性。
在曲线的平坦区域,可以得出样品的热稳定性或热分解能力。
这可以帮助我们判断材料的适用范围和工程应用价值。
综上所述,差热分析(DTA)曲线是分析物质性质和组成的重要手段,能够帮助我们了解样品的热分解和相变情况,并为材料的应用提供参考依据。
差热分析法(DTA)简介(Differential Thermal Analysis)1.DTA的基本原理差热分析是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中,样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。
如:相转变,熔化,结晶结构的转变,沸腾,升华,蒸发,脱氢反应,断裂或分解反应,氧化或还原反应,晶格结构的破坏和其它化学反应。
一般说来,相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应;而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。
将试样和参比物分别放入坩埚,置于炉中以一定速率进行程序升温,以表示各自的温度,设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。
则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。
若以对t作图,所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示,在0-a区间,ΔT大体上是一致的,形成DTA曲线的基线。
随着温度的增加,试样产生了热效应(例如相转变),则与参比物间的温差变大,在DTA曲线中表现为峰。
显然,温差越大,峰也越大,试样发生变化的次数多,峰的数目也多,所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质,而峰面积与热量的变化有关。
图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原理图图II-3-2试样和参比物的升温曲线1.参比物;2.试样;3.炉体;4.热电偶(包括吸热转变)图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线TA曲线所包围的面积S可用下式表示式中m是反应物的质量,ΔH是反应热,g是仪器的几何形态常数,C是样品的热传导率ΔT是温差,t1是DTA曲线的积分限。
这是一种最简单的表达式,它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。
这里忽略了微分项和样品的温度梯度,并假设峰面积与样品的比热无关,所以它是一个近似关系式。
实验 聚合物的差热分析(DTA )和差动热分析(DSC)一、实验目的1.了解聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)的基本原理和应用,及相互间的差别。
2.初步掌握解释聚合物DTA 和DSC 热谱图的方法。
3.了解CDR-4P 差热分析仪的构造原理、基本操作。
4.熟练掌握使用CDR-4P 差热分析仪分别测量聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)。
二、实验原理热分析是测量在受控程序温度条件下,物质的物理性能随温度变化的函数关系的一组技术。
目前热分析已经发展成为系统的分析方法,它对于材料的研究是一种极为有用的工具,特别是在高聚合物的分析测定方面应用更为广泛。
它不仅能获得结构方面的信息,而且还能测定性能,热分析仪已成为从事材料测试的实验室必备的仪器。
差热分析是测定试样在受热(或冷却)过程中,由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及化学反应的一种分析方法,(即在程序温度下,测量物质与参比物的温度差值△T 与温度的函数关系。
△T 向上为放热反应,向下为吸热反应)简称DTA (Differential Thermal Analysis )。
可用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量,包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等,尤其在聚合物(如聚烯烃、玻璃钢等)的热分析方面有重要意义。
差动热分析(DSC) 也叫做示差扫描热量法(Differential Scanning Calorimetry ),是在程序温度下,测量物质与参比物的功率差值△W 与温度的函数关系。
是和DTA 在应用上相近而在原理上稍有改进的一种热分析技术。
差动热分析仪CDR-4P 用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量,包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应,广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域。
是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。
差热分析法(DTA)简介(Differential Thermal Analysis)1.DTA的基本原理差热分析是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中,样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。
如:相转变,熔化,结晶结构的转变,沸腾,升华,蒸发,脱氢反应,断裂或分解反应,氧化或还原反应,晶格结构的破坏和其它化学反应。
一般说来,相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应;而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。
将试样和参比物分别放入坩埚,置于炉中以一定速率进行程序升温,以表示各自的温度,设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。
则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。
若以对t作图,所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示,在0-a区间,ΔT大体上是一致的,形成DTA曲线的基线。
随着温度的增加,试样产生了热效应(例如相转变),则与参比物间的温差变大,在DTA曲线中表现为峰。
显然,温差越大,峰也越大,试样发生变化的次数多,峰的数目也多,所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质,而峰面积与热量的变化有关。
图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原理图图II-3-2试样和参比物的升温曲线1.参比物;2.试样;3.炉体;4.热电偶(包括吸热转变)图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线TA曲线所包围的面积S可用下式表示式中m是反应物的质量,ΔH是反应热,g是仪器的几何形态常数,C是样品的热传导率ΔT是温差,t1是DTA曲线的积分限。
这是一种最简单的表达式,它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。
这里忽略了微分项和样品的温度梯度,并假设峰面积与样品的比热无关,所以它是一个近似关系式。
示差热分析(DTA)的定义•A technique in which the difference in temperature between the sample and a reference material is monitored against time or temperature while the temperature of the sample, in a specified atmosphere, is programmed.在一定的温度程序下,测量样品和参比物温度差与温度关系的技术。
ICTAC发行的“For Better Thermal Analysis and Calorimetry” 和JIS K 0129“热分析通则”对DTA 的定义如上所述。
DTA是检测试料与参比物质间温度差,伴随着温度变化的技术。
例如,试料发生融解或发生反应时,检测其与基准物质间的温度差。
【示差热分析(DTA)的解说】图1 示差热分析(DTA)的装置结构(参比物样品示差热电耦 加热炉样品温度T温度差 ΔT)DTA的装置结构如上图所示。
将试料和基准物质设置在加热炉内的对称位置上,根据温度程序控制加热炉,改变试料与基准物质的温度。
并如上图所示 通过热电耦检测试料与基准物质的温度差ΔT。
图2 示差热分析(DTA)的测量原理热炉参比物样品 样品融解开始放热反应 样品融解 吸热反应 温度的时间变化 温度差的时间变化) 检测的温度差(ΔT)随时间的变化。
T的信号被称为DTA 信号。
为参比物质,通常是指在测量温度范围的没有变化的物质(一般使用α-氧化铝)。
是指 从开始升温后到平稳状态以后样品与参比物的热容量的差。
通常把这个平稳状态的信号称做基线。
)可以检测出试料的转移温度和反应温度。
如(b)所示,吸热温度差取负方向,放热温度差取正方向。
(加上图所示是DTA 的测量原理。
(a)所示的是相对于时间的加热炉、基准物质、以及试料的温度。
热分析习题解答1.名词解释热重分析:在程序控温条件下,测量物质的质量与温度的关系的方法。
差热分析:在程序控温条件下,测量物质与参比物的温度差与温度的关系的方法。
差示扫描量热分析:在程序控温条件下,测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法。
2 .影响热重曲线的主要因素?答:影响热重曲线的主要因素包括:1 仪器因素(1)浮力和对流(2)挥发物的再凝集(3)坩埚与试样的反应及坩埚的几何特性2实验条件(1)升温速率(2)气氛的种类和流量3.试样影响(1)试样自身的结构缺陷情况、表面性质(2)试样用量(3)试样粒度。
3.DSC与DTA测定原理的区别?DTA分析方法的缺点。
答:DSC是在控制温度变化情况下,以温度(或时间)为横坐标,以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。
DTA是测量T-T 的关系,而DSC是保持T = 0,测定H-T 的关系。
两者最大的差别是DTA只能定性或半定量,而DSC的结果可用于定量分析。
DTA在试样发生热效应时,试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升温时试样由于放热而一度加速升温)。
而DSC由于试样的热量变化随时可得到补偿,试样与参比物的温度始终相等,避免了参比物与试样之间的热传递,故仪器的反应灵敏,分辨率高,重现性好。
DTA分析方法的缺点:1)试样在产生热效应时,升温速率是非线性的,从而使校正系数K值变化,难以进行定量;2)试样产生热效应时,由于与参比物、环境的温度有较大差异,三者之间会发生热交换,降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。
使得差热技术难以进行定量分析,只能进行定性或半定量的分析工作4.DTG曲线体现的物理意义及其相对于TG曲线的优点。
答:DTG曲线表示的是物质在加热过程中质量随时间的变化率(失重速率)与温度(或时间)的关系。
其相对于TG曲线的优点有:1.能准确反映出起始反应温度Ti,最大反应速率温度Te和Tf 。
更能清楚地区分相继发生的热重变化反应,DTG比TG分辨率更高。
差热分析(DTA)
差热分析(DTA)是一种热分析技术,可以通过比较样品和参考样品之间的温度差异来揭示样品的热性能信息。
DTA通常被用于材料的热稳定性、相变温度、焓变化、重量变化等方面的研究。
DTA技术的基本原理是利用热电偶,将样品和参考样品置于同一热环境下,在恒定加热速率下,通过比较两个样品表面的温度差异来监测样品和参考样品之间的热流量差异。
当样品和参考样品中的物质发生热反应或相变时,会引起温度差异,从而在DTA曲线上观察到一个突变点或峰值,可以通过对曲线的分析来确定相变温度、焓变化等信息。
DTA技术在材料学、矿物学、化学、生物学等领域都有广泛的应用。
例如,可以通过DTA技术研究陶瓷的烧结温度、合金的相变温度、聚合物的热稳定性和分解温度、药物的热性质、生化反应中的热效应等等。
此外,DTA技术还可以与其他热分析技术如热重分析(TGA)和差热扫描量热分析(DSC)等相结合,进一步深入研究物质的热性能和物化性质。
在进行DTA分析时,需要注意以下几个方面:首先,样品和参考样品的配比应合适,以确保在热分析过程中二者之间的温度差异是合理的。
其次,选取合适的热分析条件如加热速率、加热温度范围等,以使观测到的热反应信号清晰明确。
最后,分析DTA曲线时,需要结合其他测试方法和材料性质了解样品的具体属性,避免出现误判。
总之,差热分析是一种重要的热分析技术,广泛应用于物质性质的研究和测试中。
在今后的研究中,DTA技术还将进一步发展和完善,支持更广泛、更具有实际意义的应用。