(完整版)差热分析法(DTA)
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)曲线
差热分析(DTA)曲线差热分析(DTA)曲线是一种热分析技术，通过测量物质在加热或冷却过程中释放或吸收的热量与温度之间的关系，来分析物质的性质和组成。
以下是关于差热分析(DTA)曲线的中文描述。
差热分析(DTA)曲线主要由两部分组成：基线和术后反应（或峰）。
基线是指在实验室环境下，没有样品的情况下，热信号（一般是热电偶的电压变化）随温度的变化曲线。
基线的主要特征是平稳无波动，这是因为没有材料吸收或释放热量。
与此相比，术后反应或峰是指在实验中引入不同样品后，在一定温度范围内观察到的曲线变化。
这是由于样品中存在物质的热分解、氧化、还原等反应，或者结构相变、晶格畸变等物理变化所引起的。
因此，DTA曲线的图形可以帮助我们了解样品的性质、组成和结构。
DTA曲线图中常见的术后反应包括特征性峰、扁平峰和肩峰。
特征性峰指的是样品中出现的一个尖峰，它的出现顶峰温度(Tp)和峰面积可以帮助我们确定样品的热分解反应温度和反应热量。
扁平峰是指样品中的温度范围内，出现的一个较宽的峰，有时不易分辨。
这种峰与物质的结构相变、物理吸附、化学反应或反应物质主要由吸附形式转化为化学形式时有关。
肩峰是指样品中出现的两个连续的峰，中间平稳的部分形成“肩”。
这种峰通常与复杂的反应、多相反应以及样品中不同组分的不同热分解反应有关。
除此之外，DTA曲线还可以显示样品的热稳定性。
在曲线的平坦区域，可以得出样品的热稳定性或热分解能力。
这可以帮助我们判断材料的适用范围和工程应用价值。
综上所述，差热分析(DTA)曲线是分析物质性质和组成的重要手段，能够帮助我们了解样品的热分解和相变情况，并为材料的应用提供参考依据。
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(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。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
始点initial：开始偏离基线的点。
常见热分析技术
热重分析 微分热重分析 差热分析 差示扫描量热法
检测待测物与样品 的不同
TG(DTG) 质量
DTA 温度
DSC 能量（热焓）
热重分析法
程序控温下，质量 随温度的变化。m=f（T）。 测量条件：发生质量变化。 纵坐标：质量或其百分数
略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
贰
《应用化学》（德语：Angewandte Chemie） 每周出版一期 由德国化学会出版，由约翰威立公司发行。
主要内容
we report the discovery and characterizations of the first Na-containing i-QC, i-Na13Au12Ga15, which belongs to the Bergman type but has an extremely low valence electron-to-atom (e/a) value of 1.75
程序控温下，测量物与参比物能量差随温 度变化
程序控温下，物质释放出气体随温度变化
热分析曲线
横坐标表示温度T或时间t，纵坐标为相应的物理量，例如热流量dQ/dT，温 差△T，质量损失△ m,长度（体积）变化△ L（ △ V）。
基线：无试样存在时产生的分析轨迹，或者可以说是恒定条件下，仪器的 响应信号曲线。
亮点
金属氧化物薄层通常制备方法：原子层沉积、脉冲激光沉积、化学气相 沉积、射频溅射、喷墨印刷等方法。
本文—— “combustion” process in which the
heat required for oxide lattice formation is provided by the large internal energies of the precursors
差热分析(DTA)
2.根据无机化学知识和差热峰的面积讨论五个结晶水 与CuSO4结合的可能形式。
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（DTA）
——Differential Thermal Analysis
目的要求
一、掌握差热分析的基本原理及方法，了解差热分 析仪的构造，学会操作技术； 二、用差热分析仪对CuSO45H2O进行差热分析，并 定性解释所得的差热谱图； 三、学会热电偶的制作及其标定。
基本原理
物质在加热或冷却过程中，当达到特定温度时，会产生物理变化或化学 变化，伴随着有吸热和放热现象，反映物系的焓发生了变化。 差热分析就是利用这一特点，通过测定样品与参比物的温度差对时间的函 数关系，来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、热效应等物理化学性质。 在升温过程中试样如没有热效应，则试样与参比物之间的温度差ΔT为零， 而试样在某温度下有放热（吸热）效应时，试样温度上升速度加快（减 慢 ），就产生温度差ΔT。 分析差热图谱可根据差热峰的数目、位置、方向、高度、宽度、对称性以 及峰的面积等。差热分析仪Fra bibliotek实验步骤
差热 分析
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第二节
在高分子中的应用
DSC/DTA在高分子材料领域的应用、主要有物理转变 的研究和化学反应的研究两类。物理转变包括结晶/熔融、 液晶转变等相转变，玻璃化转变等；化学反应包括聚合、 固化、文联、氧化和分解等。DTA／DSC可以用来测定聚 合物的结晶度、反应热，研究结晶动力学、反应动力学 以及聚合物的热稳定性、阻燃性、结构对物理转变的影 响等。此处只介绍在物理转变测定中的应用。
第一节 差热分析法(DTA)
1
第一节
1
概述
差热分析法和差示扫描量热法
在热分析仪器中，差热分析仪是使用得最早和最为广泛
的一种热分析仪器，它是在程序控制温度下，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。当试样发 生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温
度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得
到放热或吸热峰。图1中显示出材料典型的DTA曲线，在 DTA曲线中反映出材料随温度升高而产生的玻璃化转变、
结晶、熔融、氧化和分解等过程。
。
2
3
传统的DTA的基本原理是，将试样和参比物置于以一定速率加热或冷 却的相同温度状态的环境中．记录下试样和参比物之间的温差，并 对时间或温度作图，得到DTA曲线。
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1。3多重熔融行为
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1。4历史效应对熔点的影响
热历史 应力历史
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1。5结晶度和结晶动力学
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结晶动力学
等温结晶动力学 等温结晶的动力学方 程 ‘Avrnmi方程，经 改进后，也适用于测 定非等温结晶速率常 数 Avramt指数n，
差热分析法(DTA)
6.3.1 基本原理
2012-3-8
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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）
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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
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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
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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。
差热分析法DTA讲课文档
Speil
升温速率
增大时， 峰位向高 温方向迁 移，峰形 变陡。
现在二十六页，总共五十页。
升温速率也对DTA曲线相邻峰的分 辨率有影响。
在不同的升温速率下测定了胆甾类 液晶的相变温度。
现在二十七页，总共五十页。
现在二十八页，总共五十页。
随升温速率的增大，相邻峰间的分辨率下降。
采用高的升温速率有利于小的相变的检测，提高了 检测灵敏度。
现在二十九页，总共五十页。
2. 气氛的影响
不同性质的气氛如氧化性、还原性和惰 性气氛对DTA曲线的影响是很大的。
✓ 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。
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✓在DTA中试样的热传导性和热扩散性都 会对DTA曲线产生较大的影响，若涉及 气体参加或释放气体的反应，还和气体 的扩散等因素有关，显然这些影响因素 与试样的用量、粒度、装填的均匀性和 密实程度以及稀释剂等密切相关。
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1.试样用量的影响
✓ 试样用量大，易使相邻两峰重叠，分辨 力降低。
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丙酮和对硝基苯肼反应
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2. 材料相态结构的变化
✓检测非晶态的分相最直接的方法是通过 电镜观察，可直接观察样品的分相形貌， 在扫描电镜分析中还可以进行电子探针 分析，这样还可以探明分相中的组成。 但电镜分析比较复杂，从制样到分析需 要的周期比较长、而用DTA不仅制样简 单，而且方便快速。
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6.3.1 基本原理
差热分析DTA实验报告
差热分析DTA一、实验目的掌握热分析方法─差热分析法基本原理和分析方法。
了解差热分析和热重分析仪器的基本结构和基本操作。
二、差热分析基本原理差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）是在程序控温下测量样品和参比物的温度差与温度（或时间）相互关系的一种技术。
物质在加热或冷却过程中会发生物理或化学变化，同时产生放热或吸热的热效应，从而导致样品温度发生变化。
因此差热分析是一种通过热焓变化测量来了解物质相关性质的技术。
样品和热惰性的参比物分别放在加热炉中的两个坩埚中，以某一恒定的速率加热时，样品和参比物的温度线性升高；如样品没有产生焓变，则样品与参比物的温度是一致的（假设没有温度滞后），即样品与参比物的温差DT=0；如样品发生吸热变化，样品将从外部环境吸收热量，该过程不可能瞬间完成，样品温度偏离线性升温线，向低温方向移动，样品与参比物的温差DT<0；反之，如样品发生放热变化，由于热量不可能从样品瞬间逸出，样品温度偏离线性升温线，向高温方向变化，温差DT>0。
上述温差DT（称为DTA 信号）经检测和放大以峰形曲线记录下来。
经过一个传热过程，样品才会回复到与参比物相同的温度。
在差热分析时，样品和参比物的温度分别是通过热电偶测量的，将两支相同的热电偶同极串联构成差热电偶测定温度差。
当样品和参比物温差DT=0，两支热电偶热电势大小相同，方向相反，差热电偶记录的信号为水平线；当温差DT¹0，差热电偶的电势信号经放大和A/D换，被记录为峰形曲线，通常峰向上为放热，峰向下为吸热。
差热曲线直接提供的信息主要有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数，通过它们可以对物质进行定性和定量分析，并研究变化过程的动力学。
峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类（吸热或放热）决定的,前者体现在峰的起始温度上，后者体现在峰的方向上。
不同物质的热性质是不同的，相应的差热曲线上的峰位置、峰个数和形状也不一样，这是差热分析进行定性分析的依据。
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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
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பைடு நூலகம்21
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：
升温速率、气氛 3. 试样因素：
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(二) 在反应终点C，
dH 0 dt
dT CS dt
KT Ta
ln Tc
Ta
K CS
t
Tc
exp
K CS
t
Ta
(6 9)
✓ 反应终点C以后，ΔT将按指数函数衰减直至
2020Δ/4/1T4 a（基线）
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(三) 将（6-7）式积分整理后得到
c
H
Cs[Tc
Ta ] K
[T
a
Ta ]dt
(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
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✓ 差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标 是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示放热反应， 向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。
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DTA曲线术语
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典型的DTA曲线
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❖ 基 线 ： ΔT 近 似 于 0 的 区 段 (AB,DE段)。
✓ 2和）参C比R与物C应S越选相用化近学，上ΔT相a越似小的，物因质此；试样
✓ 3）升温过程中，若试样的比热有变化， ΔTa也发生变化，因此DTA曲线可以反映 出试样比热变化；
✓ 4）升温速率Φ值越小，ΔTa也越小。
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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：
6.3 差热分析法(DTA)
( Differential Thermal Analysis)
❖定义：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关系的一种
技术。
❖当试样发生任何物理（如相转变、熔化、 结晶、升华等）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，从而相应地在DTA曲线上 得到放热或吸收峰。
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设Tw为金属块温度，即炉温
程序升温速率 ：
dTw
dt
当t=0时，TS=TR=Tw
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❖ 差热分析时，炉温Tw以φ开始升温，由于 存在热阻，TS、TR均滞后于Tw，经过一 段时间以后，两者才以φ升温。
❖ 升温过程中，由于试样与参比物的热容 量不同（Cs≠CR）它们对Tw的温度滞后并 不同（热容大的滞后时间长），这样试 样和参比物之间产生温差△T。当它们的 热容量差被热传导自动补偿以后，试样 和参比物才按照程序升温速度φ升温。此 时△T成为定值△Ta，从而形成了差热曲线 的基线。
长线的交点(G)。
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6.3.1 基本原理
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6.3.2 差热曲线方程
➢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 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。
➢1975年，神户博太郎对差热曲线提出了 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。
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o-a之间是DTA基线形成过程
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此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
ΔT
CR
K
CS
1
exp
K cs
t
(6 1)
当t足够大时，可得基线的位置:
Ta
CR
CS K
(6 2)
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Ta
CR
CS K
(6 2)
✓ 1）程序升温速率Φ恒定才能获得稳定的 基线；
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假 设:
❖试样S和参比物R放在同一加热的金属块 W中，使之处于同样的热力学条件之下。
➢1. 试样和参比物的温度分布均匀（无温 度梯度），且与各自的坩埚温度相同。
➢2. 试样、参比物的热容量CS、CR不随温 度变化。
➢3. 试样、参比物与金属块之间的热传导 和温差成正比，比例常数（传热系数）K 与温度无关。
用量、粒度
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一、仪器因素的影响
➢ 1）仪器加热方式、炉子形状、尺寸 等，会影响DTA曲线的基线稳定性。
➢ 2）样品支持器的影响 ➢ 3）热电偶的影响 ➢ 4）仪器电路系统工作状态的影响
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坩埚材料
➢ 在差热分析中所采用的坩埚材料大致有：玻璃、 陶产瓷物、（α包-A括l2中O3间、产石物英）和、铂气等氛。都要是求惰：性对的试，样、并 且不起催化作用。
CS
dTS dt
K TW
TS
dH dt
ΔH：试样全部熔化的总吸热量
(6 3)
参比物总热流率
CR
dTR dt
K TW
TR
(6 4)
dTW dTR
dt dt
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Ta
CR
CS K
14
CR
dTR dt
CS
dTR dt
KTa
(6 5)
CS
dTR dt
KTW
TR KTa
式3-式6，得：
(6 6)
CS
dT dt
dH dt
KT
Ta
(6 7)
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(一) 在峰顶b点处， dT 0
dt
dH dt
K Tb
Ta
Tb
Ta
1 K
dH dt
(6 8)
➢ 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。
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根据式（6-12）可得出下述结论：
❖1.差热曲线的峰面积S和反应热效应ΔH成 正比；
❖2.传热系数K值越小，对于相同的反应热 效应ΔH来讲，峰面积S值越大，灵敏度 越高。
(6-12)式中没有涉及程序升温速率φ，即 升温速率φ不管怎样，S值总是一定的。 由于ΔT和φ成正比，所以φ值越大峰形越 窄越高。
❖ 峰：离开基线后又返回基线 的区段(如BCD)。
❖ 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线延