差热分析法(DTA)简介 (Differential Thermal Analysis)
实验一差热分析一、目的意义差热分析（dta，differentialthermal
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(DTA)
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。
常用催化剂表征方法及缩写
DTA差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)差热分析法是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。
降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。
当给予被测物和参比物同等热量时，因二者对热的性质不同，其升温情况必然不同，通过测定二者的温度差达到分析目的。
以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座标所得的曲线，称为DTA曲线。
在差热分析中，为反映这种微小的温差变化，用的是温差热电偶。
它是由两种不同的金属丝制成。
通常用镍铬合金或铂铑合金的适当一段，其两端各自与等粗的两段铂丝用电弧分别焊上，即成为温差热电偶。
在作差热鉴定时，是将与参比物等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触，与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。
样品在某一升温区没有任何变化，即也不吸热、也不放热，在温差热电偶的两个焊接点上不产生温差，在差热记录图谱上是一条直线，已叫基线。
如果在某一温度区间样品产生热效应，在温差热电偶的两个焊接点上就产生了温差，从而在温差热电偶两端就产生热电势差，经过信号放大进入记录仪中推动记录装置偏离基线而移动，反应完了又回到基线。
吸热和放热效应所产生的热电势的方向是相反的，所以反映在差热曲线图谱上分别在基线的两侧,这个热电势的大小，除了正比于样品的数量外，还与物质本身的性质有关。
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。
这些变化必将伴随体系焓的改变，因而产生热效应。
差热分析法(DTA)
❖ 吸热峰、放热峰
❖ 峰宽：离开基线后又返回 基线之间的温度间隔(或时 间间隔)(B’D’)。
❖ 峰高：垂直于温度(或时间) 轴的峰顶到内切基线之距 离(CF)。
❖ 峰面积：峰与内切基线所 围之面积(BCDB)。
❖ 外推起始点(出峰点)：峰 前沿最大斜率点切线与基
(6 10)
由于差热曲线从反应终 点c返回到基线的积分
表达式可表示为 :
Cs[Tc Ta ] K c [T Ta ]dt
(6 11)
c
H
K
[T
a
Ta ]dt K
c
[T
Ta ]dt
K a [T Ta ]dt KS
(6 12)
S：差热曲线和基线之间的面积
12.08.2020
精品课件
12.08.2020
精品课件
20
6.3.3 差热分析仪
差热分析仪的组成
加热炉
温差检测器
温度程序控制仪
信号放大器
记录仪
气氛控制设备
12.08.2020
精品课件
21
6.3.4 差热分析的影响因素
1. 仪器因素： 炉子的形状结构与尺寸，坩埚
材料与形状，热电偶位置与性能 2. 实验条件因素：
dT
在峰顶b点处，
0
dt
d dHt KTbTa
1d H T b T aK dt
(68)
➢ 峰高(ΔTb-ΔTa)与导热系数K成反比，K越 小，峰越高、尖，（峰面积几乎不变，因 反应焓变化量为定值）。因此可通过降低K 值来提高差热分析的灵敏度。
12.08.2020
精品课件
16
差热分析法(DTA)简介 (Differential Thermal Analysis)
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(DTA)
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。
ΔH= g λs A/ ma ma= A g λs / 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Sa t t a g H m dt T T A λ∆=∆-∆=⎰21])([V kC C T SR a -=∆)(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。
差热分析法
差热分析法差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）是一种常用的热分析技术，它通过比较样品与参比物的温度差异来研究样品的热性质。
DTA技术在化学、材料科学、地质学等多个领域具有广泛的应用。
DTA的工作原理基于样品和参比物在受热过程中吸收或释放热量的差异。
在实验中，样品和参比物被放置在两个相邻的炉区，受同等程度的升温条件控制。
当样品发生物理或化学变化时，其吸热或放热会导致样品与参比物温度的差异。
这些温度差异会通过一个差温探测器进行检测和记录。
DTA实验中，样品和参比物通常以粉末或粒状形式存在。
粉末样品可在合适的容器中进行测试，而固体样品则需先研磨成粉末以方便测试。
样品和参比物应具有相似的物理和化学性质，以确保实验的准确性和可靠性。
在DTA实验中，通常以升温速率为X轴，差温信号（样品与参比物温度差异）为Y轴来绘制曲线图。
曲线上出现的峰或谷表示样品发生了热事件，如相变、化学反应、放热或吸热过程等。
通过对峰的位置、峰的形状和峰的峰值进行分析，可以获得有关样品的热性质和热行为的信息。
DTA技术广泛应用于材料研究、催化剂研究、岩石和土壤分析、陶瓷研究等领域。
它可以用于研究材料的熔化过程、晶体相变、氧化、还原、析出和溶解等反应。
同时，DTA还可以用来测定热容、热导率、热膨胀系数等热性质参数。
通过结合其他热分析技术，如差热/差热衍生物分析（DTA/DSC）和差热差热衍生物重量分析（DTA/TGA），可以对样品进行更全面和深入的分析。
总之，差热分析法是一种用于研究样品热性质和热行为的重要工具。
它通过比较样品与参比物的温度差异，可以揭示样品发生的热事件和热特性，为材料研究和过程分析提供了有力的支持。
差热分析(DTA)
差热分析的影响因素
① 升温速率的选择：速率低时，基线漂移小，可以分辨 靠得近的差热峰。 ② 气氛及压力的选择：有些物质在空气中易被氧化，选 择适当的气氛及压力也是测定得到好的结果的一个方面。 ③ 参比物的选择：作为参比物的材料必须具备的条件是 在测定温度范围内，保持热稳定，一般用α—A12O3、MgO、 （煅烧过的）SiO2及金属镍等。 ④ 样品处理：样品粒度大约200目左右，颗粒小可以改 善导热条件，但太细可能破坏晶格或分解。 ⑤ 走纸速度：走纸速度大则峰的面积大、面积误差可小 些。走纸速度太小，对原来峰面积小的差热峰不易看清楚。
差热分析仪
实验步骤
(1) 称量及放样 用天平称 70mg样品和50mg参比物，混合均匀后放入样品池内，在 另一样品池内放入适量参比物，将两样品池轻轻拌实，使参比物高度与样品高 度大致相同。将热电偶直接插入样品与参比物中，插入的位置和深度基本一致。 (2) 升温速率8oC/min，最高温度可设定在430 oC，记录温差的为笔1，其量程为 2mV，记录温度的为笔2，其量程为20mV，打开电源，记录温度和温差随时间 变化的两条曲线，直至镍硅电偶电压表显示15mV。 (3) 锡凝固点的测定：玻璃样品管里加入80g锡，并覆盖上一层石墨粉，将热偶一端 插入玻璃样品管中， 与记录仪笔2连接，控制炉温，比待测样品熔点高出50 oC， 即镍硅电偶电压表显示9.6mV，停止加热缓慢冷却，至凝固点以下50 oC为止， 记录温度随时间变化的全过程，冷却曲线的平台部分对应于样品的凝固点。 (4) 水的沸点。 NMR样品管 (5) 水的凝固点。
数据处理
绘制热电偶工作曲线。以锡、铅凝固点，水的沸点
和冰点对应的电压表读数作图。
原始数据中选取若干数据点，作出T对T表示的差 热分析曲线。 指明样品脱水出现热效应的次数，各峰外推起始温 度Te和峰顶温度Tp。粗略估算各个风的面积。
差热分析技术解读
二、实验条件的影响
1.升温速率 影响峰的形状、位臵和相邻峰的分辨率。 升温速率越大，峰位向高温方向迁移，峰变尖 锐。使试样分解偏离平衡条件的程度也大，易使 基线漂移 , 并导致相邻两个峰重叠，分辨力下降。 慢的升温速率，基线漂移小，使体系接近平衡 条件，得到宽而浅的峰，也能使相邻两峰更好地 分离，因而分辨力高。但测定时间长，需要仪器 的灵敏度高。
17
2017/9/19
18
(三)
将（6-7）式积分整理后得到
c a
H Cs [Tc Ta ] K [T Ta ]dt 表达式可表示为: Cs [Tc Ta ] K [T Ta ]dt
c c a c
(6 10)
由于差热曲线从反应终 点c返回到基线的积分 (6 11)
2017/9/19 50
差热分析时添加稀释剂的目的，稀释剂
对差热分析的影响。 试样用量对差热分析的影响，如何选择 试样用量？ 试样粒度对差热分析的影响，如何准备 试样？ 差热分析曲线能提供那些信息？
2017/9/19 13
基线形成后继续升温，如果试样发生了吸热 变化，此时试样总的热流率为：
dTS dH CS K TW TS dt dt
ΔH：试样全部熔化的总吸热量
参比物总热流率
dTR CR K TW TR dt
(6 3)
(6 4)
2017/9/19
dTW dTR dt dt
2017/9/19 39
稀释剂的加入 往往会降低差 热分析的灵敏 度!
2017/9/19
40
2017/9/19
41
6.3.5 差热分析的应用
差热分析法(DTA)
6.3.1 基本原理
2012-3-8
5
6.3.2 差热曲线方程
为了对差热曲线进行理论上的分析， 为了对差热曲线进行理论上的分析 ， 从 60年代起就开始进行分析探讨 ， 但由于 年代起就开始进行分析探讨， 年代起就开始进行分析探讨 考虑的影响因素太多， 考虑的影响因素太多 ， 以致于所建立的 理论模型十分复杂，难以使用。 理论模型十分复杂，难以使用。 1975年 ， 神户博太郎对差热曲线提出了 年 一个理论解析的数学方程式， 一个理论解析的数学方程式 ， 该方程能 够十分简便的阐述差热曲线所反映的热 力学过程和各种影响因素。 力学过程和各种影响因素。
2012-3-8 16
(二)
CS
在反应终点C， 反应终点 ，
d∆H = 0 dt
K ln (∆Tc − ∆Ta ) = − t CS
d∆T dt
= − K [∆T − ∆Ta ]
K ∆Tc = exp− CS
t + ∆Ta
(6 − 9)
反应终点C以后， 将按指数函数衰减直至 反应终点 以后，∆T将按指数函数衰减直至 以后 ∆T 基线） 2012-3-8 a（基线）
2012-3-8 20
6.3.3 差热分析仪
差热分析仪的组成
加热炉 温差检测器 温度程序控制仪 信号放大器 记录仪 气氛控制设备
2012-3-8 21
6.3.4 差热分析的影响因素
1. 仪器因素： 仪器因素： 炉子的形状结构与尺寸， 炉子的形状结构与尺寸，坩埚材料与 形状， 形状，热电偶位置与性能 2. 实验条件因素： 实验条件因素： 升温速率、 升温速率、气氛 3. 试样因素： 试样因素： 用量、 用量、粒度
2012-3-8 22
差热分析(Differencial Thermal Analysis, DTA)
差热分析的应用
提供的信息：
峰的位置 峰的形状 峰的个数
凝胶材料的烧结进程研究
DTA数据的记录方式
6）用时间或温度作为横坐标，从左到右为增加。 7）说明鉴定中间生成物和最后产物的方法。8）全部 原始记录的如实重复。 9）标明试样重量和试样稀释程度。 11）标明所用仪器的型号、商品名称及热电偶的几何 形状、材料和位置。
影响曲线形状的因素
• 影响差热分析的主要因素有三个方面：仪
DTA曲线及理论分析
DTA曲线
DTA曲线是指试样与参比物间的温差（ΔT） 曲线和温度（T）曲线的总称。
DTA曲线分析
① 零线：理想状态ΔT=0的线； ② 基线：实际条件下试样无热效应时的曲线部份； ③ 吸热峰：TS＜TR ，ΔT＜0时的曲线部份； ④ 放热峰：TS＞TR ， ΔT＞0时的曲线部份； ⑤ 起始温度（Ti）：热效应发生时曲线开始偏离基线的 温度； ⑥ 终止温度（Tf）：曲线开始回到基线的温度；
稀释 剂的 加入 往往 会降 低差 热分 析的 灵敏
度!
差热曲线分析
差热曲线分析就是解释曲线上每个峰谷产生的原因，从 而分析被测物质是有那些物相组成的。峰谷产生的原因 有：
✓矿物质脱水 ✓相变 ✓物质的化合或分解 ✓氧化还原
差热分析的峰只表示试样的热效应，本身不反应更多 的物理化学本质。为此，单靠差热曲线很难做正确的解 释。现在普遍采用的联用技术。
✓ 如：在空气和氢气的气氛下
对镍催化剂进行差热分析， 所得到的结果截然不同（见 图）。在空气中镍催化剂被 氧化而产生放热峰。
稀释剂的影响
稀释剂是指在试样 中加入一种与试样不 发生任何反应的惰性 物质，常常是参比物 质。稀释剂的加入使 样品与参比物的热容 相近，能有助于改善 基线的稳定性，提高 检出灵敏度，但同时 也会降低峰的面积。
dta差示热分析法
DTA差示热分析法（Differential Thermal Analysis）是一种常用的物理分析方法，用于测定物质在加热过程中发生的热反应。
它通过比较样品与标准物质在相同加热条件下所产生的热量差来测定样品的热性质。
DTA差示热分析仪由加热装置、热量计、控温装置和计算机等组成。
在测定时，样品与标准物质分别放在不同的热量计内，并在加热装置的控制下加热。
根据样品与标准物质的热量差的变化，可以推断出样品在加热过程中发生的热反应。
DTA差示热分析法具有许多优点，例如测定精度高、结果可靠、操作简单等。
它常用于研究物质的热稳定性、热解、热氧化、热转化和热再结晶等方面。
在化工、冶金、材料、环境等领域都有广泛的应用。
DTA差示热分析法的原理是基于热力学第二定律，即在物质发生热反应时，会产生热量。
通过测定样品与标准物质的热量差的变化，可以推断出样品在加热过程中发生的热反应。
DTA差示热分析法的测定结果可以用温度-热量曲线表示。
在温度-热量曲线上，当样品发生热反应时，会出现热量差的陡峭变化，这就是所谓的热峰。
热峰的高度、宽度和位置可以反映样品的热性质。
DTA差示热分析法的操作过程也比较简单。
首先，将样品与标准物质分别放入不同的热量计内。
然后，设定加热温度和加热速率，并启动加热装置。
根据样品与标准物质的热量差的变化，计算机会自动记录温度-热量曲线。
DTA差示热分析法在研究物质的热性质方面有着广泛的应用。
例如，可以用它来测定物质的热稳定性，即物质在加热过程中是否会产生不稳定的热反应。
差热分析法
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(DTA)
差热分析(DTA)
差热分析（DTA）是一种热分析技术，可以通过比较样品和参考样品之间的温度差异来揭示样品的热性能信息。
DTA通常被用于材料的热稳定性、相变温度、焓变化、重量变化等方面的研究。
DTA技术的基本原理是利用热电偶，将样品和参考样品置于同一热环境下，在恒定加热速率下，通过比较两个样品表面的温度差异来监测样品和参考样品之间的热流量差异。
当样品和参考样品中的物质发生热反应或相变时，会引起温度差异，从而在DTA曲线上观察到一个突变点或峰值，可以通过对曲线的分析来确定相变温度、焓变化等信息。
DTA技术在材料学、矿物学、化学、生物学等领域都有广泛的应用。
例如，可以通过DTA技术研究陶瓷的烧结温度、合金的相变温度、聚合物的热稳定性和分解温度、药物的热性质、生化反应中的热效应等等。
此外，DTA技术还可以与其他热分析技术如热重分析（TGA）和差热扫描量热分析（DSC）等相结合，进一步深入研究物质的热性能和物化性质。
在进行DTA分析时，需要注意以下几个方面：首先，样品和参考样品的配比应合适，以确保在热分析过程中二者之间的温度差异是合理的。
其次，选取合适的热分析条件如加热速率、加热温度范围等，以使观测到的热反应信号清晰明确。
最后，分析DTA曲线时，需要结合其他测试方法和材料性质了解样品的具体属性，避免出现误判。
总之，差热分析是一种重要的热分析技术，广泛应用于物质性质的研究和测试中。
在今后的研究中，DTA技术还将进一步发展和完善，支持更广泛、更具有实际意义的应用。
差热分析
差热分析摘要:简要介绍差热分析的基本原理和仪器设备，差热曲线解释应用及差热分析的缺陷。
关键词：差热分析；差热曲线；影响因素；缺陷差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）是一种重要的热分析方法，是指在程序控温和一定气氛下，测量试样和参比物（在一定温度范围内不发生热效应的一些惰性物质）的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
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，差热分析主要测定焓变并借此了解物质性质。
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。
1. 差热分析的基本原理待测试样与参比物对称地置放在同样的热条件下，可以是线性升、降温，恒温，或其他任何组合。
参比物始终不发生热效应，而试样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，并伴随有焓的改变，因而产生热效应，其表现为样品与参比物之间有温度差。
将温度差△T=Ts-Tr（Ts为试样的温度，Tr为参比物的温度）作为温度或者时间的函数记录下来，得到的曲线即为DTA曲线，再针对该曲线进行研究。
该过程中假设试样和参比物的温度分布均匀，且其热容量均不随温度变化。
2. 差热分析仪的结构及参数2.1 差热分析仪的基本结构差热分析仪一般由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统、气氛压力控制系统等组成。
DTA仪的示意图如下（图1）。
图1 差热分析仪的结构示意图现将各部分简介如下：1）加热系统加热系统提供测试所需的温度条件。
作为差热分析用的加热炉应满足以下条件：保证炉内有一均匀的温度区，以使试样能均匀受热；加热炉的热容量要小，便于调节升、降温速率；加热炉的线圈对于测温元件没有干扰；加热炉体积小、质量轻。
便于操作和维修。
2）温度控制系统温度控制系统用于控制测试时的加热条件，如升、降温速率、温度测试范围等。
差热分析法（DTA）简介（DifferentialThermalAnalysis）
差热分析法（DTA）简介（DifferentialThermalAnalysis）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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
2.DTA曲线起止点温度和面积的测量
(1)DTA曲线起止点温度的确定
如图Ⅱ-3-3所示，DTA曲线的起始温度可取下列任一点温度：曲线偏离基线之点T a；曲线的峰值温度T p；曲线陡峭部分切线和基线延长线这两条线交点T p (外推始点，extrapolatedonset)。
其中T a与仪器的灵敏度有关，灵敏度越高则出现得越早，即T a值越低，故一般重复性较差，T p和T e的重复性较好，其中T e 最为接近热力学的平衡温度。
从外观上看，曲线回复到基线的温度是T f(终止温度)。
而反应的真正终点温度是T’f，由于整个体系的热惰性，即使反应终了，热量仍有一个散失过程，使曲线不能立即回到基线。
T f’可以通过作图的方法来确定，T f’之后，ΔT即以指数函数降低，因而如以ΔT-(ΔT)a的对数对时间作图，可得一直线。
当从峰的高温侧的底沿逆查这张图时，则偏离直线的那点，即表示终点T’f。
(2)DTA峰面积的确定
DTA的峰面积为反应前后基线所包围的面积，其测量方法有以下几种：(1)使用积分仪，可以直接读数或自动记录下差热峰的面积。
(2)如果差热峰的对称性好，可作等腰三角形处理，用峰高乘以半峰宽峰高12处的宽度的方法求面积。
(3)剪纸称重法，若记录纸厚薄均匀，可将差热峰剪下来，在分析天平上称其质量，其数值可以代表峰面积。
对于反应前后基线没有偏移的情况，只要联结基线就可求得峰面积，这是不言而喻的。
对于基线有偏移的情况，下面两种方法是经常采用的。
1)分别作反应开始前和反应终止后的基线延长线，它们离开基线的点分别是T a和T f，
联结T a，T p，Tf各点，便得峰面积，这就是ICTA(国际热分析协会)所规定的方法(见图II-3-4(1))。
图Ⅱ-3-4峰面积求法
2)由基线延长线和通过峰顶Tp作垂线，与DTA曲线的两个半侧所构成的两个近似三角形面积S1，S2(图II-3-4(2)中以阴影表示)之和
S=S1+S2
表示峰面积，这种求面积的方法是认为在S1中丢掉的部分与S2中多余的部分可
以得到一定程度的抵消。
3.影响差热分析的主要因素
差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。
峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。
其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。
一般说来，一是仪器，二是样品。
虽然影响因素很多，但只要严格控制某种条件，仍可获得较好的重现性。
（1）气氛和压力的选择
气氛和压力可以影响样品化学反应和物理变化的平衡温度、峰形。
因此，必须根据样品的性质选择适当的气氛和压力，有的样品易氧化，可以通入N2、Ne 等惰性气体。
（2）升温速率的影响和选择
升温速率不仅影响峰温的位置，而且影响峰面积的大小，一般来说，在较快的升温速率下峰面积变大，峰变尖锐。
但是快的升温速率使试样分解偏离平衡条件的程度也大，因而易使基线漂移。
更主要的可能导致相邻两个峰重叠，分辨力下降。
较慢的升温速率，基线漂移小，使体系接近平衡条件，得到宽而浅的峰，也能使相邻两峰更好地分离，因而分辨力高。
但测定时间长，需要仪器的灵敏度高。
一般情况下选择8度·min-1～12度·min-1为宜。
（3）试样的预处理及用量
试样用量大，易使相邻两峰重叠，降低了分辨力。
一般尽可能减少用量，最多大至毫克。
样品的颗粒度在100目～200目左右，颗粒小可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的结晶度。
对易分解产生气体的样品，颗粒应大一些。
参比物的颗粒、装填情况及紧密程度应与试样一致，以减少基线的漂移。
（4）参比物的选择
要获得平稳的基线，参比物的选择很重要。
要求参比物在加热或冷却过程中不发生任何变化，在整个升温过程中参比物的比热、导热系数、粒度尽可能与试样一致或相近。
常用α-三氧化二铝Al2O3)或煅烧过的氧化镁（MgO）或石英砂作参比物。
如分析试样为金属，也可以用金属镍粉作参比物。
如果试样与参比物的热性质相差很远，则可用稀释试样的方法解决，主要是减少反应剧烈程度；如果试样加热过程中有气体产生时，可以减少气体大量出现，以免使试样冲出。
选择的稀释剂
不能与试样有任何化学反应或催化反应，常用的稀释剂有SiC、铁粉、Fe2O3、玻璃珠Al2O等。
（5）纸速的选择
在相同的实验条件下，同一试样如走纸速度快，峰的面积大，但峰的形状平坦，误差小;走纸速率小，峰面积小。
因此，要根据不同样品选择适当的走纸速度。
不同条件的选择都会影响差热曲线，除上述外还有许多因素，诸如样品管的材料、大小和形状、热电偶的材质以及热电偶插在试样和参比物中的位置等。
市售的差热仪，以上因素都已固定，但自己装配的差热仪就要考虑这些因素。
4.DTA的仪器结构
典型的DTA装置如图II-3-5所示。
(1)温度程序控制单元
使炉温按给定的程序方式(升温、降温、恒温、循环)以一定速度上升、下降或恒定。
(2)差热放大单元
用以放大温差电势，由于记录仪量程为毫伏级，而差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号须经放大后再送入记录仪中记录。
(3)记录单元
由双笔自动记录仪将测温信号和温差信号同时记录下来。
例如锡在加热熔化时的差热图如图Ⅱ-3-6所示。
图II-3-5典型DTA装置的框块图
1.气氛控制;
2.炉子;
3.温度敏感器;
4.样品;
5.参比物;
6.炉腔程序控温;
7.记录仪;8.微伏放大器。
图Ⅱ-3-6锡加热时的差热图
在进行差热分析过程中，如果升温时试样没有热效应，则温差电势应为常数，差热曲线为一直线，称为基线。
但是由于两个热电偶的热电势和热容量以及坩埚形态、位置等不可能完全对称，在温度变化时仍有不对称电势产生。
此电势随温度升高而变化，造成基线不直，这时可以用斜率调整线路加以调整。
方法是，坩埚内不放参比物和样品，将差热放大量程置于100μV，升温速度置于10度·min-1，用移位旋钮使温差记录笔处于记录纸中部，这时记录笔应画出一条直线。
在升温
过程中如果基线偏离原来的位置，则主要是由于热电偶不对称电势引起基线漂移。
待炉温升到750度时，通过斜率调整旋钮校正到原来位置即可。
此外，基线漂移还和样品杆的位置、坩埚位置、坩埚的几何尺寸等因素有关。