差热分析

报告题目：差热分析

学院：物理学院

年级：大三

姓名：

学号：

2012年 5月 17日

摘要

差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并对其进行了分析，最后对本实验进行了讨论。

关键词

关键词：1、差热分析2、无水硫酸铜；3、实验

目录

摘要............................................................................................................................................ I

第一章实验目的 (3)

第二章实验原理 (3)

2.1 基本原理 (3)

2.2 处理方式 (5)

第三章实验仪器 (6)

第四章实验内容 (6)

4.1 实验方法 (6)

4.2 实验步骤 (7)

第五章实验记录与数据处理 (8)

5.1 CuSO4.5H2O (8)

5.2 Sn (14)

5.3 误差分析与结果讨论 (14)

5.3.1 数据处理方法比较 (16)

5.3.2 误差分析 (17)

第六章思考题 (17)

第七章参考文献 (19)

引言

差热分析法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。该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，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。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。

第一章实验目的

1.了解差热分析的基本方法

2.利用差热分析测定物质基本参量。

第二章实验原理

2.1 基本原理

差热分析（DTA）是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度（或时间）关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于实验和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并借此了解物质有关性质的技术。

（1）差热曲线的形成集差热分析的一般特点：

物质在加热或冷却过程中会发生物理或化学变化，并伴随吸热或放热现象。有伴有热效应的变化，也有比热容等物理性质的变化。物质发生焓变时质量不一定改变，但温度必定会发生变化。差热分析建立于此基础上。

将在实验温区内呈热稳定的已知物质（参比物）和试样一起放入一个加热系统中，并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸放热变化且无温度滞后时，试样及参比物与线性程序温度一致。若试样发生变化，由于热烈不能瞬间导出或吸取，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移动。

图1 加热和测定试样与参比物温度的装置示意图

在试样与参比物各项热学参数相同的理想条件下，T R始终等于程序温度，Δ

T=T S-T R=0，为水平基线。在变化过程中ΔT偏离基线。

图2 线性程序升温时试样和参比物的温度及温度差随时间的变化

样品吸热ΔT＜0，形成向下的吸热峰，放热ΔT＞0，形成向上的放热峰。

通常取试样很少，ΔT很小，产生的热电势很小。采用如下装置，试样和参比物分别放入杯状小坩锅内，坩锅放入较大的金属或陶瓷块（均温块）中，起到减小温度波动和利于均匀传热的作用。温度差用两支相同热电偶同极串联构成的热差电偶测定，并经过电子放大器放大记录。

实际中，由于试样和参比物在热性质上的差异，参比物温度、试样温度和程序温度不完全一样，存在一定的偏差。

差热分析不能表征变化的性质，即物理或化学变化，单步或分步完成，质量是否改变等。其次，测量中并不是平衡态，测得结果不同于平衡态下的测量结果。在测量时重要的不是总热量，而是dQ/dt。试样温度无法控制。

（2）差热分析提供的信息：

差热曲线提供的信息主要有：峰位置，峰面积，峰形状及个数。通过这些信息不仅可以对物质进行定性和定量的分析，还可以研究变化过程的动力学。

峰位置：起始温度体现导致热效应变化的温度。根据ICTA的规定，起始温度应该是峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所对应的温度。峰方向的上下体现吸放热种类。

峰面积：在适当的条件下，曲线上的峰面积近似于反应物的质量成正比，曲线形状与过程的动力学有关。可从曲线上峰的形成直接与体系的dQ/dt相关联看出。

2.2 处理方式

根据经验，峰面积和变化过程的热效应有着直接联系，而热效应的大小又取决于活性物质的质量，于是峰面积与热效应的关系已成为热差分析的一个基本理论问题。

Speil在1944年提出峰面积与相应过程的焓变成正比。后经Kell和Kulp改进后得

到

峰面积=⎰∝

2

1

gls

H

m

Tdt

t

t

a

Δ

Δ

这是应用较广的Speil公式。式中，m a是试样中活性物的质量；ΔH是单位活性物质的焓变；g是与仪器有关的系数，反映了仪器的几何形状、试样和参比物在仪器中的安置方式对热传导的影响；s是试样的导热系数即热导率；ΔT是试样和参比物的温度差。当g和s作常数处理是，（1）式可以写成

A=⎰∝

2

1

H Tdt

t

t

a

KmΔ

Δ

上式表达了热效应同曲线上的峰面积A的关系，式中K=（gls）-1。（2）热量测量：

热量测量的校正：Speil公式：

A=

p

a

t

t

a KQ

H

m

K=

)

∆

=

=

⎰(

s

g

H

m

Tdt

2

1

λ

Δ

Δ

或Q p=A/K。A由实验测得，K是系数。

第三章实验仪器

差热分析仪，样品CuSO

4·5H

2

O、Sn，参比物Al

2

O

3

。

第四章实验内容