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岛津DTG-60H热分析实验一．实验原理热分析（thermal analysis）是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术，在加热和冷却的过程中，随着物质的结构、相态和化学性质的变化，通常伴有相应的物理性质的变化，包括质量、温度、热量以及机械、声学、电学、光学、磁学等性质，依此构成了相应的各种热分析测试技术。
表1列出了几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数和有关仪器。
其中最具代表性的三种方法：热重法（TG），差热分析（DTA），差示扫描量热法（DSC）。
本实验使用的岛津DTG-60H是一类差热（DTA）—热重（TG）同步测定装置。
热重法（Thermalgravimetry, TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量和温度关系的一种技术。
热重法记录的是热重曲线（TG曲线），它是以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度（T）或时间（t）作横坐标，自左向右表示增加。
用于热重法的仪器是热天平，它连续记录质量和温度的函数关系。
热天平一般是根据天平梁的倾斜与质量变化的关系进行测定的，通常测定质量变化的方法有变位法和零位法两种。
变位法利用质量变化与天平梁的倾斜成正比关系，用直接差动变压器检测。
零位法根据质量变化引起天平梁的倾斜，靠电磁作用力使天平梁恢复到原来的平衡位置，所施加的力与质量变化成正比。
DTG-60H采用的为变位法。
只要物质受热时发生质量的变化，就可用热重法来研究其变化过程。
其应用可大致归纳成如下几个方面：（1）了解试样的热（分解）反应过程，例如测定结晶水、脱水量及热分解反应的具体过程等；（2）研究在生成挥发性物质的同时所进行热分解反应，固相反应等；（3）用于研究固体和气体之间的反应；（4）测定熔点、沸点；（5）利用热分解或蒸发、升华等，分析固体混合物。
图1为在相同实验条件下测得的聚氯乙烯（PVC），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），高压聚乙烯（HPPE），聚四氟乙烯（PTPE）和芳香聚四酰亚胺（PI）的热重曲线。
热分析图谱在无机材料的研究过程中, 经常会遇到一些与热量的吸收和释放、质量的增减以及几何尺寸的伸缩等有关的化学或物理变化,如分解反应、相转变、熔融、结晶和热膨胀等。
为了探索合理的制备工艺和深入了解材料的化学物理性质, 有必要对这些过程进行较为精细的研究, 这些研究离不开热分析技术。
热分析技术为材料的研究提供了一种动态的分析手段, 它简明实用, 目的性强, 因此广为研究人员使用。
热分析技术已经成为材料研究中不可缺少的一种分析手段。
材料研究过程中, 经常需要判断某些特定过程的转化温度, 如化学反应温度、相转变温度、熔融温度、玻璃化转变温度、吸脱附温度, 以及由非晶态向晶态转变的结晶温度等。
这些变化过程往往伴随着热量的释放或吸收, 有些过程还可能伴随着质量的变化, 因此为得到较为全面的分析会将几种热分析技术结合起来。
下面是热分析技术在无机方面应用的一些例子。
差热分析技术在玻璃工业中的应用差热分析对于非晶态玻璃的研究,主要用于测定玻璃的转变温度Tg 、析晶温度Tx 和熔化温Tm ,因为在这些特征温度点有明显的热效应发生。
1）用溶胶-凝胶法分别制备了含有P 2O 5和不含P 2O 5的两种CaO-P 2O 5-SiO 2系统生物活性玻璃，对凝胶采用TG-DTA 技术研究了从凝胶到玻璃转变的热行为。
如图，80S1和 80S2玻璃的组成如下表所示：上图所示凝胶的热反应机理为：凝胶在热处理过程中，首先是残余的水分和乙醇的挥发；接着TEOS（正硅酸四乙酯）中的酯类基团开始氧化分解，对80S2，300-420℃之间还持续着TEP（磷酸三乙酯）中乙氧基基团的氧化挥发；到470℃硝酸盐和磷酸盐分解，随着残余物的挥发排除，内部粒子逐步烧结熔成一体，内部宏观孔隙相继消失而致密化，最终形成连续的玻璃体结构，以H2O和ROH物质形式存在的残留OH,OR基团的排除过程伴随着一个附加的聚合反应。
图中（a）与（b）相比主要的不同点在于：300-420℃之间，b除了与a有一样的TEOS氧化分解外，还有TEP中乙基基团的氧化分解；在570℃b中出现吸热效应是由于磷离子脱去残余羟基并聚合形成了磷氧四面体，残余羟基以HOH形式逸出。
差热-热重分析法测定硫酸铜的热分析图谱一、实验目的1.了解差热分析法、热重分析法的基本原理。
2.了解差热热重同步热分析仪的基本构造并掌握使用方法。
3.正确控制实验条件，并学会对热分析谱图进行定性分析和定量处理。
二、实验原理1．差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物（一种在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。
许多物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、吸附、脱附等物理转变及分解、化合、氧化还原等化学反应。
这些变化在微观上必将伴随体系焓的改变，从而产生热效应，在宏观上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，将其与试样一起置于可按设定速率升温的热分析仪中，分别记录参比物的温度以及试样与参比物间的温度差。
以温差对温度作图就可以得到差热分析曲线，简称DTA曲线。
2. 热重法（Thermogravimetry，TG）热重法是在程序控制温度下，测量物质的质量变化与温度关系的一种技术，其基本原理是热天平。
热天平分为零位法和变位法两种。
变位法，就是根据天平梁的倾斜度与质量变化呈比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。
零位法，是采用差动变压器法、光学法或电触点法测定天平梁的倾斜度，并用螺线管线圈对安装在天平系统中的永久磁铁施加力，使天平梁的倾斜复原。
由于对永久磁铁所施加的力与质量变化呈比例，这个力又与流过螺线管的电流呈比例，因此只要测量并记录电流，便可得到质量变化的曲线，以质量对温度作图就可以得到热重曲线，简称TG曲线。
三、实验用品1.仪器日本SHIMADZU DTG-60差热-热重同步热分析仪（TA-60工作站），镊子，坩埚，研钵。
2.药品参比物：α-AL2O3(A.R，原装进口)试样：CuSO4·5H2O(A.R)四、操作步骤1、熟悉差热-热重同步热分析仪的组成及相应旋钮的作用。
热分析法一、实验目的1. 理解热分析方法的基本原理；2. 了解热分析仪的构造和基本操作。
二、基本原理热分析可以分为热机械、差热和热重三大类。
（1）热机械法包括热机械分析(TMA)与动态热机械分析(DMA)，测量材料的膨胀、刚性、阻尼等机械特性与温度、负载和时间的函数关系。
德国耐驰仪器公司另提供专用的热膨胀仪，测量材料在热处理过程中的膨胀或收缩情况，研究软化温度、烧结过程等。
热分析法是在程序控制温度下，精确记录待测物质理化性质与温度的关系，研究其受热过程所发生的晶型转变、熔融、升发、吸附等物理变化和脱水、热分解、氧化、还原等化学变化，用以对该物质进行物理常数、熔点和沸点的确定以及作为鉴别和纯度检查的方法。
（2）差热分析（DSC、DTA）测量材料在线性升降温或恒温条件下由于物理变化（相变、熔融、结晶等）或化学反应（氧化、分解、脱水等）而导致的热焓变化（吸热过程、放热过程）或比热变化。
（3）热重分析（TGA）则是测量上述过程中材料发生的重量变化。
若与差热分析联用则称为同步热分析。
热重法是在程序控制温度下，测量物质重量与温度关系的一种技术。
记录的重量变化对温度的关系曲线即热重曲线。
热重曲线的纵坐标为重量(m)，横坐标为温度(T)或时间(t)。
重量基本不变的区段称为平台。
由测量曲线上平台之间的重量差值，可计算出待测物在相应温度范围内所失重量的比例(%)。
本法适用于药物结晶水的测定和贵重药物或在空气中极易氧化药物的干燥失重分析。
三、系统构成1. 主机：珀金埃尔默Diamond TG/DTA热重差热同步分析仪2. 操作控制系统：DELL电脑和Muse软件3. 打印机：HP打印机四、实验步骤1. 系统开机准备（1）接通电源，启动电脑（2）打开氮气钢瓶的阀门（3）打开热重差热同步分析仪主机电源2. 操作步骤（1）运行Muse软件（2）输入样品名称、注释及操作者姓名（3）将装有参比物的坩埚及空坩埚放到热天平上,待稳定后,清零。
一、实验方法前已指出，差热分析的实验结果受许多因素影响，为获得准确的实验结果，必须十分注意实验方案的设计、实验条件的选择和熟练掌握实验技术。
1．试样受理与准备受理记录应包括测试目的和要求，试样来源、纯度和所含杂质的名称，试样的分子式、状态(块状、粉状或是液体)、熔点或沸点，颜色和试验前的历史，热分折之外的分析结果以及有关文献资料。
为了除去试样表面吸附水，应将试样放在装有硅胶或合适干燥剂肋干燥器中，但应避免使用脱水作用过强的干燥剂，以免脱去结晶水。
对于块状无机物试样，可将其研磨、粉碎或锉成粉状。
操作中要防止污染。
粉状试样需过筛。
不同类型的试样，粒度要求不完全一样。
G．Liptay的《热分析曲线图谱集》中，试样均过63um筛(相当于230目筛)；聚合物试样—般过40～200目筛；粘土矿物试样一般过50目筛。
试样粒度过小，在预处理过程中易受污染，结晶与表面能改变的影响也越明显。
然而对大多数试样，一般过100目筛即可。
如有可能，可进行不同粒度试样的差热分析试验，以确定试样最佳粒度。
进行比较研究时，更为重要的是使用粒度和粒度分布相同或相似的试样。
2．仪器可靠性检查及标定仪器可靠性检查的目的是确认仪器正常和处于最佳工作状态，此项工作常按仪器说明书进行，其中以检查分辨率、基线校直最为重要。
仪器标定，主要是确定升温速率的实际值和温度修正值。
如进行热定量分析，还得绘制仪器的热量校正系数与温度关系图，即K一T图。
当热电偶老化和仪器工作状态变动，特别是炉子与样品支持器的相对位置发生改变时，则需重新标定。
升温速率不同，温度修正值也不一样。
若温度修正值超出表2的范围，需查找原因并消除之。
3．实验方法的设计和实验条件的选择实验方法的设计和实验条件的选择是决定整个实验成败的关键。
需要确定的主要实验条件是：升温速率，气氛，走纸速率，差热灵敏度，试样量、粒度和试样装填方式，以及坩埚的选择。
参比物的选择有时也很重要。
对于大多数实验，升温速率的选择主要依据经验。
学院：材料科学与工程研究院 专业年级：材料化学2011级 05001000
-30
-25
-20
-15
-10-5
5
DTA 温度℃DTA
TG
造粒粉体TG/DTA曲线图-2-1
0TG
1. 如图所示为1000℃之前的TG/DTA 曲线，DTA 曲线可见造粒粉体在1000℃之前一直处于吸热状态，第一个吸热峰约出现在100℃-200℃之间，第二个吸热峰约出现在450℃—550℃之间。
28℃—220℃温度区间发生水分、润滑剂中有机物排除过程，因此在制定烧成制度前期（220℃以下）时，升温速率要缓慢，保证水分、气体的有效排除。
图中510℃-550℃之间DTA 曲线呈现上升状态，与此同时，TG 曲线显示粉料在吸热的同时快速失重，因此在520℃附近保温一定时间。
2. 550℃-780℃之间TG 曲线显示无明显失重，此温度区间DTA 曲线继续吸热，推测该温度区间存在晶型转变。
但在加热后期，TG 曲线出现较为剧烈波动，DTA 曲线显示继续吸热，具体原因还需进一步探明。
