差热分析

实验二差热分析

一、实验目的

1、了解差热分析的原理和差热分析仪的构造，学会操作技术。

2、了解差热分析的基本原理,测定试样结晶度。

3、掌握差热分析仪的使用方法；了解影响差热分析的因素。

二、实验原理：

许多物质在加热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转化、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化。在发生这些变化时伴有焓变，因而产生热效应。如果我们事先选定一种在温度变化的整个过程中都不会发生任何物理或化学变化，因而没有任何热效应的物质做为参比物，并将它与样品一起置入一个按规定速度逐步升温或降温的电炉中，则当试样发生物理或化学变化时，试样与参比物之间将出现温度差，记录样品及参比物的温度，就可以得到一张差热图。于是在加热或冷却过程中试样发生的各种物理或化学变化在差热图上都能一一反应出来。

图1是一张理想的差热图。在差热图中有两条曲线，一条是温度线，它表明温度随时间的变化，一条是差热线，它表明样品与参比物间温度差随时间的变化。差热线与时间轴平行的线段ab、degh称为基线。图中bcd和efg为二个差热峰。它们的方向相反，说明一个是吸热峰、一个是放热峰。正确判断吸热峰还是放热峰与使用的仪器有关。

差热峰的数目、位置、方向、高度、宽度、对称性和峰面积是我们进行分析的依据。峰的数目代表在测温范围试样发生物理或化学变化的次数。峰的位置标志着样品发生变化的温度范围。峰的方向表明了热效应的正负性。峰面积则反映热效应的大小。

差热峰有三个转折点：b为峰的起点，c为峰的顶点，d为峰的终点。我们可以在温度线上找到这三个点的相应温度Tb、TC和Td。Tb大体上代表了开始起变化的温度，因此常用Tb表征峰的位置。对于很尖锐的峰也常用TC表示峰的位置。

在实际测定中由于种种原因，差热线的基线往往不与时间轴平行，峰前后的基线也不在一条直线上，差热峰也可能较平坦，因此b、c、d三个转折点不明显，此时，我们可以用作切线的方法来确定转折点温度，如图16－3所示。

图1 理想差热图

差热分析仪由电炉、温度控制单元、可控硅加热单元、差热放大器单元和记录仪五个部分组成。

影响差热分析的因素：影响差热分析的因素有二个方面。一是仪器因素，如炉子的大小与形状、样品支架的材料与形状、热电偶尺寸与位置、炉气氛及加热速度等。二是样品因素，如参比物的选择，试样粒度、用量及充填的密度等。对于实验来说，影响差热结果的主要因素有以下几条：

（1）升温速度：一般来说慢的加热速率使差热曲线有较小的基线移漂，接近于体系的平衡条件，可以分辨出靠很近的变化过程。但每次测定须要较长时间。速率高时，峰形比较尖锐，测定时间较短，而基线漂移明显，与平衡条件相距较远，出峰温度误差较大，分辨能力也下降。在实际测定时，要恰当选择加热速率。

（2）参比物的选择：选作参比物的物质必须在整个测温范围内保持良好的热稳定性，不会出现能产生热效应的任何变化，并应尽可能选用与样品的比热，导热系数相近的材料作参比物。常用的参比物有煅烧过的-Al2O3，MgO，石英砂等

（3）样品的用量：样品用量尽可能少些，这样不仅可以节省样品，更重要的是可以得到比较尖锐的峰，并能分辨靠得很近的相邻的峰。样品过多，往往会使峰形成“大包”，并使相邻的峰相互重叠而无法分辨。

（4）从理论上讲，差热曲线中峰面积（S）的大小与试样所产生的热效应（H）大小成正比，即H=KS，K为比例常数，将未知试样与已知热效应物质的差热峰面积相比，就可求出未知试样的热效应。实际上，由于样品和参比物间往往存在着比热，导热系数，粒度，装填紧密程度等方面的不同，在测定过程中又由于熔化、分解、转晶等物理或化学性质的改变，未知物试样和参比物的比例常数K并不相同，故用它来进行定量计算误差较大。但差热分析可用于鉴别物质，与X－射线衍射，质谱，色谱，热重分析等方法配合可确立物质的组成，结构以及反应动力学等方面的研究。

三、实验仪器

Q-200差示扫描量热仪(温度范围-90o C-400 o C，升温速率0.1-50 o C/min)

制样机

万分之一电子天平

四、试样制备

先称量空坩埚和坩埚盖的重量计m1。将塑料粒切成小片，放入坩埚，尽量堆放整齐，放入坩埚盖后，将坩埚放入模具中，然后将模具放入制样机进行压制。压制后检查坩埚底部是否平整。称量压制完后坩埚的总重记为m2。样品重量为m= m2- m1。

五、实验步骤

1．打开净化气瓶阀门，调节出口压力为0.1Mpa，开启Q200差示扫描量热仪、CS90冷却系统和计算机，点击计算机仪器管理界面中的Q-200图标打开仪器操作界面。

2．点击操作界面中的“control”→“go to standby temp”使仪器升温到指定的待机温度，以免炉膛温度过低，开炉时水分在炉内凝结。点击“control”→“event”→“on”，打开冷却系统。

3．等待冷却系统工作稳定后，点击“control”→“lid”→“open”，打开炉盖，将参比坩埚放在远离操作者的坩埚架上，样品坩埚放在靠近操作者的坩埚架上。注意坩埚要尽量放在坩埚架的正中间，同时不要用镊子刮擦炉体。点击“control”→“lid”→“close”，关闭炉盖。

4．点击操作界面左边“Experiment”导航条，选择“Summary”选项卡，“Mode”选项选择“Standard”，“Test”选项选择“Custom”，在下面的“Sample Name”“Pan Type”“Sample”中分别填入样品名，坩埚类型、样品重量。在“Date File Name”中设置文件存储路径。

5．点击“Procedure”选项卡，“Test”选项选择“Custom”选项，点击“Method”框中的“Editor”按钮编辑实验升温程序，编辑好后点击“OK”按钮退出编辑窗口。

6. 点击“Note”选项卡，在“Mass Flow Control Setting”框中选择净化器路，设置净化气体的流量。

7．检查各设置参数是否正确，确认后点击窗口下方的“Apply”按钮保存方案。点击“control”→“Start”开始实验。

8．等待实验完成，温度降至待机温度后，打开炉膛，小心取出坩埚，关闭炉膛。点击计算机桌面的“TA Universal Analysis”图标打开曲线分析软件分析实验结果。标出各特征吸收峰。

9．试验结束后点击点击“control”→“event”→“off”关闭CS-90冷却系统，点击“control”→“Shutdown Instrument”关闭Q-200差热分析仪，然后关闭计算机、CS-90电源、差热分析仪电源、和净化气。打扫实验室卫生。

六、数据处理

1、标出曲线的各特征吸收峰，利用报告生成工具生成实验结果报告，附在实验报告后。

2、标出各特征吸收峰的产生的原因。

3、测定实验结晶度。

七、注意事项

1、启动仪器时，要首先确认净化气压力和气体净化器的硅胶颗粒颜色为蓝色。

2、依次打开净化气、冷却系统、Q-200、计算机。

3、制样时严禁用手直接接触坩埚。