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差热分析分析差热分析是一种热分析技术，用于测定样品在温度变化过程中吸收或放出的热量。
差热分析主要应用于材料科学、化学、生物医学等领域，常用于确定材料的热稳定性、相变、降解等特性，以及化学反应、生物活性等反应过程的动力学参数。
本文将对差热分析技术的基本原理、数据分析、应用前景等进行详细介绍。
一、基本原理差热分析主要基于热量守恒原理，通过对比样品和参比样品在温度变化过程中的热量差异，得出样品在该温度范围内所吸收或放出的热量。
差热分析一般使用差动热量计，其基本结构由两个热电偶构成，一个接触样品，另一个接触参比样品。
当样品和参比样品接受相同的温度变化时，两侧热电偶所产生的电动势不同，这种电势差称为差动信号，与样品的热量吸收或释放有关。
差热分析实验中，通常以恒定的升温速率对样品和参比样品加热，同时测量两侧热电偶的电动势和温度。
通过对比两侧热电偶的信号，得出样品与参比样品的热量差异，进而确定样品的物理化学性质。
在差热分析过程中，常用的参比样品有空气、金属等。
二、数据分析差热分析实验中，得到的差动信号曲线通常呈现出峰形或谷形。
当样品发生物理化学变化时，其热量吸放会导致差动信号出现峰谷现象，峰表示样品吸收热量，谷表示释放热量。
通过对峰谷的面积、高度、位置等参数的分析，可以确定样品的热力学特性、相变、反应动力学参数等。
常用的数据分析方法包括：1. 峰温和半高宽分析：通过对峰温和半高宽的测量，可以确定样品的相变温度、热稳定性等。
2. 反应级数分析：差热分析可用于研究化学反应中的反应级数、反应机理等。
通过对峰形状的分析，可以确定反应级数以及反应动力学参数。
3. 动力学分析：差热分析可以用于测定反应的激活能、反应速率常数等动力学参数。
三、应用前景总之，随着科学技术的不断进步，差热分析技术将在材料科学、化学、生物医学等多个领域得到广泛应用，为相关研究提供有力的支持。
实验一 差热分析一、目的意义差热分析(DTA ，differentialthermal analysis)是研究相平衡与相变的动态方法中的一种，利用差热曲线的数据，工艺上可以确定材料的烧成制度及玻璃的转变与受控结晶等工艺参数，还可以对矿物进行定性、定量分析。
本实验的目的：1．了解差热分析的基本原理及仪器装置；2．学习使用差热分析方祛鉴定未知矿物。
二、基本原理差热分析的基本原理是：在程序控制温度下；将试样与参比物质在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间的温差与温度的关系，从而给出材料结构变化的相关信息。
物质在加热过程中，由于脱水，分解或相变等物理化学变化，经常会产生吸热或放热效应。
差热分析就是通过精确测定物质加热(或冷却)过程中伴随物理化学变化的同时产生热效应的大小以及产生热效应时所对应的温度，来达到对物质进行定性和／或定量分析的目的。
差热分析是把试样与参比物质(参比物质在整个实验温度范围内不应该有任何热效应，其导热系数，比热等物理参数尽可能与试样相同，亦称惰性物质或标准物质或中性物质)置于差热电偶的热端所对应的两个样品座内，在同一温度场中加热。
当试样加热过程中产生吸热或放热效应时，试样的温度就会低于或高于参比物质的温度，差热电偶的冷端就会输出相应的差热电势。
如果试样加热过程这中无热效应产生，则差热电势为零。
通过检流计偏转与否来检测差热电势的正负，就可推知是吸热或放热效应。
在与参比物质对应的热电偶的冷端连接上温度指示装置，就可检测出物质发生物理化学变化时所对应的温度．不同的物质，产生热效应的温度范围不同，差热曲线的形状亦不相同(如图16-2所示)。
把试样的差热曲线与相同实验条件下的已知物质的差热曲线作比较，就可以定性地确定试洋的矿物组成。
差热曲线的峰(谷)面积的大小与热效应的大小相对应，根据热效应的大小，可对试样作定量估计。
三．仪器设备与装置差热分析所用的设备主要由加热炉，差热电偶，样品座及差热信号和温度的显示仪表等所组成。
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。
差热分析的名词解释差热分析是一种用于测量物体或系统中的热量变化的实验方法。
其基本原理是通过测量系统在不同温度下的热量流动来分析物体或系统内部的热量变化过程。
差热分析广泛应用于材料科学、化学、能源领域等多个领域，在研究物质的性质、反应动力学以及储能等问题上发挥着关键作用。
差热分析通常使用差热仪器进行实验，并结合计算机技术进行数据处理和分析。
差热仪器主要包括差热扫描量热仪(DSC)、差热红外热分析仪(TG-IR)、差热红外光谱仪(TG-FTIR)、差热速率量热仪等。
这些仪器能够精确测量样品在不同温度下的热量变化，并给出热量曲线或图谱。
通过分析这些曲线或图谱，可以得出有关样品在不同温度下的物理性质、热力学性质、热稳定性等重要信息。
在差热分析中，最常用的是差热扫描量热仪(DSC)。
DSC通过测量样品和参考物之间的热量差异，来研究样品的热量变化情况。
其基本原理是将样品和参考物同时加热或冷却，通过比较两者之间的温度差异来测量样品的吸热或放热情况。
DSC 可以提供样品的熔融温度、固相变、化学反应等信息，并可在不同温度下对样品进行热稳定性、热容量等性质的分析。
另外，差热分析还可以结合红外光谱技术进行差热红外热分析。
差热红外热分析是通过结合差热仪和红外光谱仪，同时测量样品的热量变化和红外光谱，来研究物质的热化学性能和结构变化。
这种技术可以用于分析样品的热解、聚合反应、氧化还原反应等重要过程，并对其反应动力学、生成物结构等进行深入研究。
除了DSC和差热红外热分析，差热速率量热仪也是差热分析中常用的仪器之一。
差热速率量热仪可以对样品的热分解、燃烧、氧化等反应过程进行热量测量，并通过热量变化来分析样品的热化学性质。
这种仪器具有高灵敏度、高精度的特点，并可以进行动态差热分析，从而得到有关样品在高温下的热稳定性、燃烧特性等重要信息。
差热分析在材料科学中有着广泛的应用。
它可以帮助研究人员了解材料在不同温度下的热行为、热稳定性以及相变行为。
差热分析法基本原理差热分析法——Differential Thermal Analysis (DTA)是在程序控制温度下，测量试样与参比物质之间的温度差ΔT与温度T（或时间t）关系的一种分析技术，所记录的曲线是以ΔT 为纵坐标,以T（或t）为横坐标的曲线，称为差热曲线或DTA曲线，反映了在程序升温过程中，ΔT与T或t的函数关系：ΔT = f ( T ) 或f ( t )参比物质为一种在所测量温度范围内不发生任何热效应的物质。
通常使用的参比物质是灼烧过的α-Al2O3或MgO。
图17.6为DTA原理示意图。
加热时，温度T及温差△T分别由测温热电偶及差热电偶测得。
差热电偶是由分别插在试样S和参比物R的二支材料、性能完全相同的热电偶反向相连而成。
当试样S没有热效应发生时，组成差热电偶的二支热电偶分别测出的温度T s、T R相同，即热电势值相同，但符号相反，所以差热电偶的热电势差为零，表现出ΔT=T s-T R=0，记录仪所记录的ΔT曲线保持为零的水平直线，称为基线。
若试样S有热效应发生时，T s≠T R，差热电偶的热电势差不等于零，即ΔT=T s-T R≠0，于是记录仪上就出现一个差热峰。
热效应是吸热时，ΔT=T s-T R＜0，吸热峰向下，热效应是放热时，ΔT＞0，放热峰向上。
当试样的热效应结束后，T s、T R又趋于一样，ΔT恢复为零位，曲线又重新返回基线。
图17.7为试样的真实温度与温差比较图。
差热峰反映试样加热过程中的热效应，峰位置所对应的温度尤其是起始温度是鉴别物质及其变化的定性依据，峰面积是代表反应的热效应总热量，是定量计算反应热的依据，而从峰的形状（峰高、峰宽、对称性等）则可求得热反应的动力学参数。
表17.2列出了各种吸热和放热体系的类型，供判断差热峰产生机理时参考。
表17.2 差热分析中吸热和放热体系的主要类型现象(物理的原因)吸热放热现象(化学的原因)吸热放热结晶转变○○化学吸附○熔融○析出○气化○脱水○升华○分解○○吸附○氧化度降低○脱附○氧化（气体中）○吸收○还原（气体中）○氧化还原反应○○固相反应○○影响DTA的因素影响DTA的因素很多，下面讨论几种主要的因素：★升温速度的影响保持均匀的升温速度(ψ)是DTA的重要条件之一，即应：ψ = dT R / dt = 常数若升温速度不均匀(即ψ有波动)，则DTA曲线的基线会漂移，影响多种参数测量。
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。
学号：201014400116 成绩：
基础物理化学实验
实验名称：差热分析
10级冶金班8组
实验人姓名：何婉芳
同组人姓名：黄波邵雪村樊星亚
指导老师：周崇松
实验日期：2012-12-13
湘南学院化学与生命科学系
一、实验目的：
1. 用差热仪绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。
2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。
3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。
二、实验原理：
物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。
差热分析(Differentiai Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。
差热分析仪的结构如图5-1所示。
它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。
差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，
见图5-1)。
A、B两端引入记录笔1，记录炉温信号。
若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中T；A、C 端引入记录笔2，记录差热信号。
若样品不发生任何变化，样品和参比物的温度相同，两支热电偶产生的热电势大小相等，方向相反，所以ΔVAC＝0，笔2划出一条直线，如图5-2中AB、DE、GH段，是平直的基线。
反之，样品发生物理化学变化时，ΔVAC≠0，笔2发生左右偏移(视热效应正、负而异)，记录下差热峰如图5-2中BCD、EFG所示。
两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。
图5-2典型的差热分析
从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。
峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图5-2中TB)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。
在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。
因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。
理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。
样品的相变热ΔH 可按下式计算：
式中，m 为样品质量；b 、d 分别为峰的起始、终止时刻；ΔT 为时间τ内样品与参比物的温差； 代表峰面积；K 为仪器常数，可用数学方法推导，但较麻烦，本实验用已知热效应的物质进行标定。
已知纯锡的熔化热为59.36×10-3J·mg-1，可由锡的差热峰面积求得K 值。
三三、实验步骤：
1、 仪器常数的测定
(1)将电源和数据线接在主机上，数据线的另一端接在计算机的主机上，打开电源进行预热五分钟。
(2)将标准样品样品（Sn ）称重（约6mg-7mg ）放入坩锅中，在另一只坩埚中放入质量相等的参比物（Al2O3）,然后将样品坩埚放在样专架有左边托盘上，参比物放在右边托盘上。
(3)设置参数值。
按一下仪器主机上的设置键，仪器将进入设置状态，用→键选择所要设置的参数，用△▽键将温度调至所需值d D
B K H T m τ
∆=∆⎰
(CuSO4·5H2O的实验温度为450℃)，将升温速度调节至所需升温速度10℃min-1。
再按一下结束键，退出设置状态。
(4)设置完成后，按RUN键即可进行实验。
将差热分析仪软件打开点击开始测试，此时电脑上将出现温度和温差随时间变化的两条曲线。
同时，“运行”将一直闪动，待听到主机滴一声后，表示运行结束，“运行”也就停止闪动。
实验完毕。
(5)待仪器温度降至50℃后，准备测定试样（CuSO4·5H2O）。
2、CuSO4·5H2O差热曲线的测定（方法同1）。
四、注意事项：
1、坩埚一定要清理干净，否则埚垢不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。
2、样品必须研磨的很细，否则差热峰不明显；但也不要太细。
一般差热分析样品研磨到200目为宜。
样品要均匀平铺在坩锅底部。
否则作出的曲线极限不平整。
3、实验过程中注意不要动计算机键盘。
五、数据记录：
六、数据处理：
1. 由所测样品的差热图，求出各峰的起始温度和峰温，将数据列表记录。
解：如上记录表所示。
处理如图所示：
50100150200250300
-8
-6
-4
-2
2
4
6
8
10
12
差热t/min
2. 根据公式（1）由锡的差热峰面积求得K 值，然后求出所测样品的热效应值。
解：差热热效应如图所示：
实验参数
样品名称:CuSO4.5H2O
样品质量:6.1mg
升温速率:7℃/m in
仪器系数:3.0
3. 样品CuSO4·5H20的三个峰各代表什么变化，写出反应方程式。
根据实验结果，结合无机化学知识，推测CuSO4·5H2O中5个H2O 的结构状态。
解：第一峰：CuSO4·5H20→CuSO4·3H2O+2H2O △H=15260.31J/g 第二峰：CuSO4·3H2O→CuSO4·H2O+2H2O △H=59064.93J/g
第三峰：CuSO4·H2O→CuSO4+H20 △H=40142.56J/g 七、实验结果讨论与问题解答：
实验结果分析：本实验是测五水硫酸铜的差热分析，从实验结果
看当出现第一峰时，放出的热效应为15260.31J/g，其中没脱出一分
子水的热效应为7630.155J/g，同理，出现第二峰，没脱出一分子水的热效应为29532.465J/g，出现第三峰时脱去一分子水放出的热效应为40142.56J/g，从中比较可知脱水所需的能量越来越高，是因为在分子外层的水分子收到硫酸铜中心分子的吸引力较小，脱水较容易，所以没脱去一分子的水所需的能量越来越高。
1.DTA实验中如何选择参比物？
答：参考物要在整个实验温度范围内不发生任何物理化学变化，不产生热效应。
常有三氧化二铝或煅烧过的氧化镁，或石英砂作为参比物。
2. 差热曲线的形状与那些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？
答：主要影响因素为气氛和压力，升温速度，试样的预处理和用量，参比物的选择。
3. DTA和简单热分析(步冷曲线法)有何异同？
答：步冷法用体系的温度随时间的变化情况来来判断体系是否发生了相变化。
差热分析是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
共同点：利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析。
4. 差热峰前后基线不在同一水平线上，是何原因？
答：在实际测量中，由于样品与参比物的比热容、导热系数、粒度、填充情况等不可能完全相同，因而峰前后基线往往不在一条水平线上。
