同步热分析仪 STA 基本原理 PPT

• 相容性 • 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例 • 比热
差热曲线峰的形成
DSC的前身是差热分析DTA
记录的是温差信号 峰面积没有热焓意义
热流型 DSC
Furnace
Sample
.
QPR
Refer.
T
• 样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡
Q A△ △XT
PET 20.97 mg Al 10 K / min N2
TG 应用实例 – 草酸钙分解
TG /% 100
90 80 70 60 50 40
-12.26 % 失去结晶水
DTG /(%/min)
草酸钙
2
样 品 称 重： 8.258mg
升 温 速 率： 10K/min
气 氛 ： N2
1
坩 埚 ： Al2O3， 敞 口
同步热分析仪 STA 基本原理
STA 产品系列
STA 449F3 -150～2000℃
STA 449F1 -150～2000℃
STA 409CD -160～2000℃
STA 基本原理
同步热分析将热重分析与差热分析结合为一体，可同时 得到热重及差热信号
同步热分析仪 ＝ TG ＋ DSC或TG ＋ DTA
-18.83 % CO气体逸出 0
100
165.7 ℃
200
300
493.8 ℃
400
500 温度 /℃
-1 CO2气体逸出 -29.85 %
-2
600
724.5 ℃ 700
-3 剩 余 CaO
39.07 % (966.4℃ ) -4
800
900
CaC2O4·H2O CaC2O4 CaCO3
CaC2O4 ＋ H2O CaCO3 ＋ CO
STA 结构示意图
气体：
两路吹扫气，一路保护气 可实现气体的自由切换
保护气：
先经过天平，再经过炉体， 从炉体上端出口出去
水浴：
在天平室周围循环 不经过炉体
垂直顶部装样：
支架坚固耐用 样品放置十分简便 吹扫气方向与产生气体方向一致
同步热分析仪的灵活性
• 可选择不同炉体
同步热分析仪的灵活性
• STA传感器多种选择
DTG 的作用
TG 曲线上看，有点像一个单 一步骤的过程
DTG曲线则表明存在两个相邻 失重阶段
STA 的作用
同步热分析的优势： 样品的TG(质量变化) 和DSC(热量) 效应可以在一次测量中完成 • 缩短测试时间 • 确保了测试结果的可比性
不会受测试条件的影响 不会受样品制备的影响 不会受材料的不均一性的影响
同步分析仪结构：天平
垂直吊丝式热天平
水平式热天平
垂直顶部装样式热天平
DSC 基本原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物 之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
应用：
• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 多晶型
TG-DSC传感器 测量模式：TG-DSC-DTA 适合于绝大多数应用场合
TG-DTA传感器 测量模式：TG-DTA 适合于对防腐蚀有特殊要 求的场合
TG传感器 测量模式：TG 适合于大体积样品
TG传感器 测量模式：TG 适合于大体积样品或 气固反应研究，例如 吸附、氧化还原等
DSC 应用实例 – PET
CaO ＋ CO2
玻璃转变温度
TG /% 104
102
100
封接玻璃
样品称重：18.79mg 升温速率：10K/min 气氛：N2 坩埚：Pt-Rh
98
玻璃化转变:来自百度文库
起始点: 310.6 ℃
中点:
319.4 ℃
比热变化*: 0.234 J/(g*K)
96
94
熔融： 485.5 ℃ 结晶：393.8 ℃
100
150
200
250
300
350
400
450
500
温度 /℃
DSC /(mW/mg) 放热 0.30
0.25
0.20
0.15
0.10 550
应用：
• 质量变化 • 热稳定性 • 分解温度 • 组分分析
• 脱水 • 腐蚀/氧化 • 还原 • 反应动力学
热重（TG）基本原理
Furnace
sample
Balance
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，由天平连续测量样 品重量的变化并将数据传递到计算机中对时间／温度进行作图，即 得到热重曲线。
Heat Flow mW / mg exo
255.5°C
冷结晶峰 面积: 40.29 J/g
玻璃化转变 起始点: 70.6°C 中点: 74.8°C 比热变化: 0.40 J/(g*K)
150.8°C
熔融峰 面积: 40.29 J/g
样品名称: 样品质量: 坩埚: 升温速率: 气氛:
Temperature / °C
• 由于热阻的存在，参比与样品之间的温度差（ △T ）与热流 差成一定的比例关系。将△T 对时间积分，可得到热焓：
t
H K Tdt K = f (温度,热阻, 材料性质,…)
0
DSC vs DTA
• 传感器的结构差别 DSC 传感器
DTA/SDTA 传感器
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
典型热重图谱示例
TG /% 100 80 60
TG 曲线 起始点: 424.6 ℃
DTG 曲线
DTG /(%/min) 5
0 质量变化: -96.34 % -5
40
-10
20 0
300
峰值: 455.0 ℃
350
400
450
温度 /℃
-15
终止点: 474.5 ℃ -20
500
TG起始点：热稳定性的表征 DTG 峰温：质量变化速率最大的温度点
DSC vs DTA
• 工作原理差别
DTA 只能测试△T信号，无法建立△H与△T之间的联系
DSC
测试△T信号，并建立△H与△T之间的联系
Q A△△XT
t
H K Tdt
0
SDTA（C-DTA） 计算得到△T信号
DSC 曲线示例
根据 DIN 定义的吸热与放热峰
DSC 信号
热重（TG）基本原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随 温度或时间的变化过程。