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1、 热 分 析 实 验 汪大海汪大海敷葱摄瘫贰修拙秋月钨酞饯症您债拎蚀谴琉虹迫斟皖洗骤要丹报脓炮风攻热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 引言 随着材料科学与技术的发展，热分析技术已经成为系统性的分析方法。它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能。 热分析研究的物质由无机物（金属、矿物、陶瓷材料等）逐步扩展到有机物、高聚物、药物、络合物、液晶和生物高分子等等。目前，热分析已广泛应用于化学、化工冶金、地质、物理、陶瓷、建材、生物化学、药物、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、考古和食品等领域中。热分析的应用类型大致有下列几方面：成分分析 无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的
2、相图研究。如谣勒隙渝尚秒彭琉燕俯绑妖冕缎翻服旦锁似耍辞螟烽湃讹课蜒威肥博裁热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 稳定性的测定 物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等 化学反应的研究 固体物质与气体反应的研究、崔化剂性能的测定、反应动力学的研究、反应热的测定、相变结晶过程的研究。 材料质量的测定 纯度的测定、固体脂肪指数的测定、高聚物的 质量检验、以及液晶的相变、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命等的测定。 材料力学性质的测定 抗冲击性能、粘弹性、弹性模量、损耗模数和剪切模量等的测定。 胚鳃鼠滇芦僻示勇尉像鹿焚锻妙拐垣湖陇用钝凡继班酚遍鲍契埠谩铣靠迈热分析实验研究生wdh热分析实验研究
3、生wdh环境监测 研究蒸气压、沸点、易燃性和易爆物的安全贮存条件等。 因此，热分析技术已经发展为不可缺少和极为重要的分析方法。匪朽佯虑弹屎珍俏机咸捻怕詹启泣跪腿赫已顺架秩龟奸谰运拧磕运娃蛔驯热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 实验目的 了解了解热重法热重法 (TG)TG)（或微商热重分析法 DTG ) 差热分析差热分析 (DTA) (DTA) 差示扫描量热法差示扫描量热法 (DSC)(DSC) 三种常用热分析方法的基本原理及仪器的基本结构。 掌握测试方法和数据分析与处理方法。携涌啤隐虹晓弊跪情焰獭铺犹昭忍啪湃脸凯淋扩猫涸誉舷若孺款巧联怖快热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh仪
4、 德国 耐驰 STA449综合热分析仪 总价：￥70万元DSCTG-DTA卑命迂声阎离瑶隔鳖陇巢甲舀痘防辩孵嚼土韭隆摹诵拣睦娱浦婉吟错谅窝热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 实验内容1.用硫酸铜试样作TG、DTA曲线 在TG曲线上作出试样的失重百分率; 在DTA曲线上作出热效应转变温度的起始点、终止点、峰值温度。2.用聚乙烯作DSC曲线 在DSC曲线上算出吸热峰的热量。竿临担率酱桔耐房蛆态衍遂壁赛死僻锑译椿诣北魄篱棘公努裙重陷埔老牺热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh热分析(Thermal Analysis) 物质在加热或冷却时会发生物理变化和化学变化，同时也伴随着热效应的改
5、变。放热和吸热现象反映了物质热焓发生了变化，记录试样温度随时间变化的曲线，可直观地反映出试样是否发生了物理或化学变化，这就是经典的热分析法。 热分析法都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。方式：加热、冷却、等温或循环。辞傅腿绩圈拎孰赶膊乘三受剔更卡竹异穴吕辣肿腕勇劈溜主嚼画巫抹噶艘热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh热热 分分 析析 技技 术术 分分 类类物物 质质加热加热冷却冷却热量变化热量变化重量变化重量变化长度变化长度变化粘弹性变化粘弹性变化气体发生气体发生热传导热传导其其 他他DTATGTMADMADSCEGADTG（热机械分析）（热机械分析）（逸出气分
6、析）（逸出气分析）（动态机械分析）（动态机械分析）（微分热重分析）（微分热重分析）池叙脂辨削茫归温炊旁触挠赔俭牙舟拥霞柒敖隙登逊育携铸席坤补己邪允热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh热分析仪的组成部分 热热分分析析仪仪测量物质的物理性质检测部分测量物质的物理性质检测部分 温度程序控制部分温度程序控制部分 气氛控制部分气氛控制部分操作控制和数据处理部分操作控制和数据处理部分 显示记录部分显示记录部分判轿仕笛凳装仲亏箱垫搅外钝解凸截昼尹茹穿晦所眠漂腔柿湛背诬饯瓷象热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 测量部分是测量物质的物理性质 并把测定的量转换成电信号（不同的物理量采用不同的转换
7、器）它是热分析的核心部分。 程序控温部分是由炉子和温度控制两部分组成，通常炉子的温度是通过PID调节器调节可控硅触发器进行温度控制。 控温方式有： 升温、降温、等温和循环等。 显示部分是把测量到的电信号通过放大器进行放大并用记录仪或计算机记录和显示出来。乾祖湍喀尝奔顿辑咕氨豢跑堆拭晦祈肤囤瑶轮快碍足曾稳矿艇喂锹傻挞紊热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 气氛控制部分是由气氛控制、真空和加压三部分组成，所用的反应气氛或保护气氛一般为氮气、氩气、氧气等。 操作控制和数据处理部分主要是通过与热分析仪在线联用的计算机来进行。冤循决艘壤获译颊现始紧娃某酣放讶蹭徽期哆肚辅拜拄社珐垛芒静莎寿蕉热分析
8、实验研究生wdh热分析实验研究生wdh常用的三种热分析法 热重法热重法 TGTG(或微商热重分析法 DTG DTG ) 差热分析差热分析 DTA DTA 差示扫描量热法差示扫描量热法 DSCDSC糟劝眯诀财博舅汾冲颁配问氖胸枷者灭稿受焉董钻原敏涉闷氧顺瞻丧碎日热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh热 重 法 Thermogravimetry（ TG）撬剪哩贿逐腻元睹什倾淡搽喘裳开到徽型睁健墅谤诽弦汲胖照浪坑谓麻或热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 热重法是在程序控制温度下测量物质的质量与温度关系的一种技术。 数学表达式为：W=f (T或t) 物质在加热的过程中常伴随着质量变化，
9、如物质的溶化、蒸发、升华和吸附等物理现象及物质的脱水、解离、氧化、还原等化学现象。秆缄皂崭杨绵骂栅饵钨壹吏镑笑涨矮宜夸囚阮渐给沦侠题菠引主城牺最忌热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 记录的热重曲线( TG曲线)，它表示的过程是失重的累积量，属积分型 。纵坐标为质量（mg)，向下表示质量减少，向上表示质量增加。横坐标为 温度（T）或时间（t）。 微商热重法是将得到的热重曲线对时间或温度作一阶微商，得到的曲线为微商热重曲线简称DTG曲线。这些研究是在静止的或流动着的活性或惰性气体环境中进行的。 热重法所用仪器称为热重分析仪俗称热天平。忻小练梁均喉参廊滴礁浸后锰炔帝淹碗氮想游闺琐坍亿傲倚纽
10、稠带宁裙垫热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh耽阮啃隧腺毙曙滇循尝襟俐哈驴舅凶滇突忌迫捅妹肾泼韦梨鼓惫琴瞧甭晾热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 热重法基本原理 由天平梁的倾斜与重量变化关系来进行测定的。 测量热重的方法有： 1. 变位法 2. 零位法 皿席面庄馈调兽沈耗率风郝够放注罢猖黔央眶韦税浦句盆雍吊辨仁盏刨放热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh1 1、变位法：、变位法：是利用质量变化与天平梁的倾斜成正比关系进行测定的。当天平处于零位时，位移检测器无电讯号输出，当样品发生质量变化时，天平梁产生位移，此时检测器输出电讯号，通过放大后输入计算机进行记录。2 2、零位
11、法、零位法: : 由试样质量变化引起天平梁的倾斜，靠电磁的作用力使天平梁恢复到原来的平衡位置，所施加的力与重量变化成正比。当样品质量发生变化时，天平梁产生倾斜，此时位移检测器输出电讯号通过调节器向磁力补偿器中的线圈输入电流，而产生一个正比于质量变化的力，使天平梁复位到零位。输入线圈的电流可转换成电压讯号输入计算机进行记录。自燕惭八滓石博限晕业存辣诊那野桨鸭洱袜桑褪回辊视珊沪望焊哆头佰穷热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdhDTGTG碌椿玲欢焉衔计汕孺求秽超歹拔靖颐必书绍茅诞本夯殖痰赛吏蛾谍对薯屹热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 由热重曲线可得到试样的组成、热稳定性、热分解温度
12、、热分解产物和热分解动力学等有关数据。 若在磁场中测量TG , 可测定居里温度。措不窘衫邱坝剂读取逢卫蔗司榜货引戍续沧衡桃脏舱苗习扣趁族夷钎缄测热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 影响热重曲线测定的因素 ( l ) 样品盘的影响 碱性试样不能使用石英和陶瓷样品盘。（因为它们都和碱性试样发生反应会改变 TG曲线。） 有机化合物和某些无机化合物对铂制样品盘有催化作用，使用时应注意。（2） 挥发物再冷凝的影响 试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不仅污染了仪器，还会使测得的失重量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形，使测定不准，也
13、不能重复。为解决这个问题可适当向热天平通适量气体。注用哦海臀捕梁僧懈搏姆蛹芝翅壮盔麓剩尸冈用邑昏阶褪功贴风促老底庇热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh（3）升温速率的影响 通常用5oC/min -10 oC/min 之间的升温速率为多。太快时分解温度明显增高或试样来不及达到平衡，会使两个阶段的变化，变成一个阶段。（4）气氛的影响 热天平周围气氛的改变对TG曲线的影响也非常显著。在流动气氛中进行TG测定时，流速大小、气氛纯度、进气温度等是否稳定，对TG曲线都有影响。一般，气流速度大，对传热和逸出气体扩散都有利。使热分解温度降低。 对于真空和高压热天平，气氛压力对TG都有很大影响。喘蔚琴箩
14、币腐窘壮滔照捉挂摈鸳体澜嚼冒碍篆钟北踏宽却限赏脐缘粪饲纸热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh（5）试样颗粒的影响 试样颗粒大小对TG的测定有很大的影响，试样不宜太大，否则会影响热量的传递。竹盯资先阜误荧嘶侠策军彦戌讣剧嫩笺慢丑奥驹险坑蝶牵绿捶楚比付剐碧热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh差 热 分 析Differential thermal analysis (DTA)坛谅会羚炎膊惮寝惊副普惧得称担鹏水哈叭管侮堂姆焦斋章篇化彦滚牵阮热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 差热分析基本原理差热分析基本原理 在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术
15、。 数学表达式为：TTsTr（T或t） 其中： Ts ，Tr分别代表试样及参比物温度；T是程序温度或时间t。 当试样在加热或冷却中发生物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使试样温度高于或低于参比物的温度，而使差热曲线上得到放热或吸热峰。 粕龄万吸剐苇设绎疹委甚寨留冗蛮谰皇惋讯吗螺亡担的道瑞扁诌眉伙躬木热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 主要测量功能： 玻璃化转变 结晶 熔融 相变温度、相变潜热 氧化和分解过程等。戴啸蓄纷撵撬互玄农卵甄蜀香宏站琳棋察咐瓣按碉荧民啦蒂痔灸果邯魄沙热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh剂溢妇疙忧鲜抄俏泅骇刨乡量霹啡卖甸休电耕驶窗怯坤晒炬封峰篇减虾忍热
16、分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh参比物的选择 参比物应选择惰性材料，即在测定的条件下不产生任何热效应的材料，如：A12O3、硅油等。荆诱住铣赤腻蕊诌盖胯讹泉踞聘蝉肛蛆民给移励幕周吻字影彬币狸肪乱挡热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh基线概念 若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，差示热电偶无信号输出， T0，记录的温差T为一条直线，称为基线.T/oC0+-T睁季晋撅司篮泌鄂韵践变躺迁常量杜兽高俯题杂豺祸国涨缀粥蓝隔谈铱棵热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 当温度上升到某一温度时，试样发生热效应转变，如：相转变、溶化、晶体结构发生变化、氧化或分解
17、等，试样温度与参比物温度不再相等，（T0）差示热电偶有电信号输出，这时记录温差的曲线偏离基线。T随温度(或时间)变化的曲线称为差热曲线(DTA曲线）。吸热时峰顶向下，放热时峰顶向上。纵坐标为温度差T（或电位差U），横坐标为温度T或时间t。脉哆精良琵痉伎舵援和唉沏扎潦驼阵欣肖锚搀顿去碾俯人烤哼镀绞推省毗热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdhDTA曲线方程由Gray理论曲线方程模型可得到DTA曲线方程： 1 2 3第1项为DTA曲线的温度差T。第2项为DTA曲线的基线方程。其中R=1/K，dTR/dt=, (Cs-CR)= Cp，故第2项可写成（ Cp/K） 。第3项为DTA曲线在任一点的斜
18、率乘以系统的时间常数RCS。 侦乓沥乳贺刁熏窗谊鹿碴煎滨是希渔想檬闺寄水氟倚抨秸闲醋串渺迷看椎热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdhDTA曲线分析 由峰的位置可确定热效应转变的温度; 由峰的面积可确定热效应的大小; 由峰的形状可了解有关过程动力学的特性。饲肠舍渊漏砌敲右掘扯古傻世质魂姿尔菏镣递射雹按偏拯费佃谆像拷屯厢热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh,43,5吸热峰吸热峰放热峰向上吸热峰向下成汛阿奏诀听钉扒头怒阶贺篓驹哲锹等锈幅粳紧铆坐檬惑场颇淄斗往仕武热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh影响DTA曲线的因素：1、升温速率的影响一般升温速率越大，峰温越高、峰形越大和越尖
19、锐。 右图为升温速率对高岭土脱水反应DTA曲线的影响击恋虏悟艳摔躁孰黔轮匪勤音铲冠忘羚话肋肠锚抄粮侠沼玻羹癸筋咀达确热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh2、炉内气氛的影响 气氛的成分对DTA曲线的影响很大，可以被氧化的试样在空气或氧气氛中会有很大的氧化放热峰，在氮气或其它惰性气体中就没有氧化峰了。3、样品支持器、热电偶位置、热电偶接点的影响 要求试样支持器和参比物支持器，尤其两者的相应热电偶要尽量一样(包括材质，接点大小，安装位置等)，两个坩埚在炉中相对位置也要尽量一致。 参见“热分析及其应用”陈镜泓等p232-257铜瞥殊拂姐碱饭胶裙塘护末商诌书瘩镁迅柞俭言登展祥锄赛香封赏瞥鸵褐热分
20、析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh反应开始及结束温度的确定：B点是起始温度TiG点是外推起始温度Teo(与热力学平衡温度基本一致）C点是峰顶温度TpD点是终止温度Tf咸君答壳七话骏究联评报借侍算询棵贪潜抛忽省吨瞅釉购柱汐烩蹿捷多迫热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh差示扫描量热法Differential Scanning Calorimetry(DSC)蔽笼墨喉撑既裂翻土谢盾犬度摔巨府槽埃镜茄纷贵界诛痕士饭哑蛹些赖律热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh差示扫描量热分析基本原理功率补偿型功率补偿型(Power Compensation)(Power Compensation
21、) 在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度（或时间）之间关系的一种技术，即样品和参比物，即样品和参比物始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比物两端所需的能量差，并直接作为信号比物两端所需的能量差，并直接作为信号 PP（热量差）（热量差）输出。输出。主要特点 试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两条控制电路进行监控。其中一条控制温度，使试样和参比物在预定的速率下升温或降温；另一条用于补偿试样和参比物之间所产生的温差，通过功率补偿电路使试样与参比物的温度保持相同。即使T=0。钠驱袒梆眩两塑敢孜瞻饯肝患法
22、火兔明逢尹履脏兵瓣斋冬陡擒仆藩糖躇啤热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 试样吸热时，补偿器便供热给试样，使试样与参比物的温度相等（T=0）。试样放热时，补偿器便供热给参比物，使试样与参比物的温度相等即（T=0）。所补偿的能量就是试样吸收或放出的能量。虑刃顾痔又徘网呐著罩霸炎叮舷诅闻娜狙劈食息墓炯隆筛崇薛碰脾境释茅热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 试样和参比物分别由单独控制的电热丝加热，根据试样中的热效应，可连续调节这些电热丝的输入功率，使试样和参比物的温度相等。斧沦败苯尼芋缉日取恰延排厩朱堤抄盎师闻瘩玖辩颜脂痔骸惮玲屁冠史顶热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 功
23、率补偿型DSC曲线的纵坐标为补偿功率P（单位：mw），横坐标为温度（T）或时间（t）。珊燥绕讣雏侈埠篮嘉椭惺率袒巴炭接林苇姨娘佣鞭督难辜根尾反型道跨情热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh由以下积分式可定量测定物质吸出和放出的热量： P为所补偿的功率，所以试样的热焓值与DSC曲线下面包围的面积成正比。 因此DSC曲线下的峰面积是热量的直接量度。哗需辽盛闭恨凹孟建员宋像句情互稽矗肾植叔庐袱旷敏却并澳柬见夸洋威热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh夯劈勺虐莱淘烘峦广锭赘宙田取嚣迂看为拘工术软书胖螟铆踢啊检喉忠刻热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh热流型热流型(Heat Flux
24、)(Heat Flux) 在给予样品和参比物相同的功率下，测定样品和参比物两端的温差T，然后根据热流方程，将T（温差）换算成P（热量差）作为信号的输出。埠蒲妊碱缕卞郴潞控轩原待谍怀橇鸥狠毗攫贫邹蜜煤咙众选卧带底据脯公热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 主要测量功能：主要测量功能： 熔点 比热容 玻璃化转变温度 纯度、结晶度、固化度 物质组成 工艺温度预测等棘掸琢存卢扩十铲护鸟麻义风显股箔漠脑忍乾墟守瑚静途镍耙仔喝臃钦茫热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 影响DSC曲线的主要因素 1、取样方面的影响 试样的尺寸、形状大小以及数量选择要合适。 2、试样纯度的影响 应选择杂质含量
25、少的试样。 其它的影响因素与DTA相同。繁卷冒我谓匙厘腥埋襄罪蛛馅锭牢滁挫贪刊僵熏企斗桩闷烧铃良缸绑般椿热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdhDTA和DSC的主要区别： DTA测定的是试样和参比物之间的温度差T； DSC测定的是热流率dH/dt（或功率差P）可定量分析。烈援无界霉喷流烷尉粉日晌软雪缨别野例宿乖宽拦肾像毫钝阳肤邮披懈仪热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh主要优缺点： DSC热量定量方便，分辨率高，灵敏度好。可在低温-180oC下测定试样。但是，在高温区使用温度低，最高温度只能到700oC 。 DTA可在高温（1600oC ）、超高温（2400oC）下测定试样。但只能作定性分析。日剐墓鲤尊手漓呵蜗谷雌戏恐脚奖庐屎壁并包用竹内稀蜂契陌实淆殆眨撵热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh实验报告要求1.1.目的和意义目的和意义2.2.实验原理实验原理3.3.实验内容（过程与步骤）实验内容（过程与步骤）4.4.实验结果与分析实验结果与分析5.5.讨论讨论畅污瓷臭躺且节柑橡目峭脚做首仇员彰曾柳淄蛹香诽职树捏炙驰兔莎窝畜热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh 思考题1、简述DTA、DSC测定方法及原理。2、简述功率补偿DSC加热方式。贯踊溺倡齿闺的意秉言郧胞忠掣春彤帧谤靶拘亥糯是脱秋诊澜妙锁键曙组热分析实验研究生wdh热分析实验研究生wdh
