差热分析仪器介绍62页PPT
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差动热分析仪热分析是在程序控温条件下,测量物质物理化学性质随温度变化的函数关系的一种技术。
程序控温可采用线性、对数或倒数程序。
热分析法依照所测样品物理性质的不同有以下几种:差热分析法,差示扫描量热法,热重分析法,热膨胀分析及热——力分析法等。
图a. 差动热分析仪整机线路连接图1.电炉2.气氛控制单元3.数据站接口单元4.差动热补偿单元5.差热放大单元6.可控硅加热单元7.微机温控单元图b. 仪器各主要部件2图c. 加热炉组件图d. 电炉(一)差热分析差热分析(differential thermal analysis, DTA)法是在程序控温下,测量物质与参比物之间温度差随温度或时间变化的一种技术。
根据国际热分析协会(international confederation for thermal analysis, ICTA) 规定,DTA曲线放热峰向上,吸热峰向下,灵敏度单位为微伏(μV)。
如图1-1为苦味酸(三硝基苯酚)的DTA曲线。
图1-1 苦味酸在动态空气中的DTA曲线可见,体系在程序控温下,不断加热或冷却降温,物质将按照它固有的运动规律而发生量变或质变,从而产生吸热或放热,根据吸热或放热便可判定物质内在性质的变化。
如:晶型转变、熔化、升华、挥发、还原、分解、脱水或降解等。
差热分析测量原理如图1-2所示。
图1-2 差热分析原理示意图图1-3 仪器工作原理差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成,辅之以气氛和冷却水通道,测量结果由记录仪或计算机数据处理系统处理。
1.温度控制系统该系统由程序温度控制单元、控温热电耦及加热炉组成。
程序温度控制单元可编程序模拟复杂的温度曲线,给出毫伏信号。
当控温热电耦的热电势与该毫伏值有偏差时,说明炉温偏离给定值,由偏差信号调整加热炉功率,使炉温很好地跟踪设定值,产生理想的温度曲线。
2.差热信号测量系统该系统由差热传感器、差热放大单元等组成。
差热传感器即样品支架,由一对差接的点状热电耦和四孔氧化铝杆等装配而成,测定时将试样与参比物(常用α-Al2O3)分别放在两只坩埚中,置于样品杆的托盘上,然后使加热炉按一定速度升温(如10℃〃min-1)。
第 二 节差热分析(DTA )Differential Thermal Analysis 差热分析的基本概念差热分析:是指在程序控制温度下测量物质和参比物的温度差与温度关系的技术。
差热曲线:描述样品与参比物之间的温度差(ΔT )随温度(T )或时间(t )变化的曲线。
程序控制温度:指按一定的速率升温(或降温)。
参比物:指在分析温度范围内不产生热效应(既不吸热,也不放热)的物质。
差热分析仪的结构及工作原理差热分析仪的工作原理把试样(S )和参比物(R )分别装入两个坩埚,放在电炉中按一定的速率加热。
在此过程中,如果试样发生物理变化或化学变化,并伴随有热效应,即发生吸热或放热现象,试样的温度(TS )将低于或高于参比物的温度(TR ),从而产生一定的温度差(ΔT= TS - TR )。
用同极串联的一对相同的热电偶构成的差热电偶可将试样与参比物的温度差转变为温差电动势U △T 。
将这个温差电动势放大,并用来调节记录仪的记录笔或显象管亮点的纵坐标,就可以将试样与参比物的温度差随温度(T )或时间(t )的变化曲线( ΔT - T 曲线)记录下来。
差热曲线提供的信息峰的个数:吸热和放热过程的个数。
峰的位置:吸热和放热过程发生的温度。
峰的性质:向上,放热;向下,吸热。
峰的形状:热反应的速率。
峰的面积:吸收或释放的热量的多少。
基线的位置:样品与参比物的比热关系。
基线的长度:物质稳定存在的温度区间。
峰的面积与吸收或释放的热量的关系 峰的面积与吸收或释放的热量成正比。
式中, A 是吸热峰或放热峰的面积;ma 是试样中反应物的质量;ΔH 是单位反应物吸收或释放的热量,即单位反应物的焓变;g 是与仪器有关的系数; λs 是试样热导率。
利用Speil 公式,可以根据峰的面积求得反应过程中的焓变和反应物质的量。
S a t t a g H m dt T T A λ∆=∆-∆=⎰21])([ΔH= gλs A/ ma ma= A gλs / ΔH基线的位置与样品和参比物的比热关系CR—参比物的比热CS—试样的比热V —升温速率k —比例常数加热过程中会产生吸热或放热效应的各种物理化学过程脱水作用—吸热•自由水:存在于物质颗粒表面或微型裂隙中的水,110℃以下脱出。
差热分析实验仪一.基本原理差热分析是指在同一条件下加热(或冷却)试样和参比物并记录下它们之间所发生的温度差别的一种分析技术。
因为许多物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固,晶型转变分解、化合、吸附、脱附等物理化学变化。
这些变化必将伴随有体系焓的改变,因而产生热效应。
其表现为该物质与外界环境之间有温度差。
选择一种对热稳定的物质作为参比物,将其与样品置于可设定选择升温的电炉中。
分别记录参比物的温度以及样品和参比物的温差。
以温差对温度作图就可得到一条差热分析曲线(也称DTA曲线),在差热分析中通常还规定峰顶向上的峰为放热峰,它表示试样的焓变小于零,其温度将高于参比物;反之,相反峰顶向下的峰为吸热峰,焓变大于零,则表示试样的温度低于参比物。
理想条件下的差热分析曲线如下:如果参比物和被测样品的热容大致相同而试样又无热效应,两者的温度基本相同这时得到的是一根平滑的直线。
如图中的ab-de-gh段表示的状态。
该直线称为基线。
一旦试样发生变化,就会产生热效应,在差热分析曲线上就会有峰出现,如bcd或egf即是。
二.影响差热分析曲线的若干因素大体上可以把影响其曲线的因素归为两类:一类是仪器因素,另一类是试样因素。
仪器因素中起决定性作用的是电炉的加热速度及炉子要有均匀温度区域,X轴T扫描速度,样品保持器的热容量。
一个热效应所对应的峰位置和方向反应了物质变化的本质,其宽度、高度和对称性除与测定条件有关外往往还取决于样品变化过程中的各种动力学的因素。
实际上,一个峰的确切位置还受变温速率、样品量、粒度大小等因素影响。
实验表明峰的外推起始温度T e比峰顶温度T p所受的影响要小得多,同时它与其他方法求得的反应温度一致。
因此,国际热分析会议以T e作为反应的起始温度,并可以表征某一特定物质。
图中a为正常情况下测得的曲线,其T e由两曲线的外延交点确定,峰面积为基线以上的阴影部分。
然而,由于样品与参比物及中间产物的物理性质不尽相同,再加上样品在测定过程中可能发生体积改变等等,就使得基线发生漂移,甚至一个峰的前后基线也不在一直线上,如图b所示,因此T e和峰面积的计算可参照图b方法计算。