差热分析实验

差热分析一、目的意义差热分析(DTA，differentialthermalanalysis)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。加热炉依据测量的温度范围不同有低温型(800-1000以下)，中温型1200以下)，高温型(1400-1600以下)．差热电偶是把材质相同的两个热电偶的相同极连接在一起，另外两个极作为差热电偶的输出极输出差热电势。差热分析装置示意图如16-1所示。差热分析仪是将差热分析装置中的样品室，温度显示，差热信号采集及记录全部自动化的一种分析仪器。依据组合方式不同，有DTA-TG型DAT-DSC(differen-图17-1差热分析装置示意图tialscanningcalorimetry)型，有的综图16-1V-电压表A-电流表R1，R2-检流计合热分析还可以同时测定加热过程中材料回路中的串联电阻箱1和2组成电偶的热膨胀，收缩，比热等。四、测试步骤1.将样品粉末捣碎，放入仪器中，检查标准物状态。2.按照软件指导操作仪器，开始实验。3.升温至曲线稳定后约240℃至3004.待仪器冷却，换样品锡，同上操作。5.实验数据记录及处理DTA曲线锡DTA曲线注：由于样品与标准物的摆放与软件要求相反，所以向上的为吸热过程，向下的为放热过程附：影响热分析的因素：1．加热速率：加热速率显著影响热效应在差热曲线上的位置，如图16-4所示。不同的加热速率，其差热曲线的形态，特征及反应出现的温度范围有明显的不同．一般加热速度增快，热峰(谷)变得尖而窄；形态拉长，反应出现的温度滞后．加热速率慢时，热峰(谷)变得宽而矮，形态扁平，反应出现的温度超前。2．热传导：物质的热传导系数对差热曲线的形状和峰谷的面积有很大影响．因此，要求样品与中性物质的热传导系数相近。如果两者热传导系数和热容相差较大时，即使样品没有发生热效应，由于导热性不同而产生温度差，导致差热曲线的基线不成一根水平线。所以，粘土与硅酸盐物质选用煅烧过的氧化铝或纲玉粉。对于碳酸盐，则选用灼烧过的氧化镁。3．样品的物理状态：图16-4加热速度对高龄石脱水的影响⑴颗粒度粉末试样颗粒度的大小，对产生热峰的温度范围和曲线形状有直接影响．一般来说，颗粒度愈大，热峰产生的温度愈高，范围愈宽，峰形趋于扁而宽。反之，热效应温度偏低，峰形尖而窄．试样细度—般过4900孔／筛较好。⑵试样的重量一般用少量试样可得到较明显的热峰．试样太多，由于热传导迟缓使相迈峰易合并在一起．通常用0.2g左右，可以得到较好灵敏度。⑶试洋的形状和堆积试样堆积最理想的方式是将粉状试样堆积成球形，从热交换观点看球形试样可以没有特殊损失．为方便起见，可取试样直径与高度相等的圆柱体代替．试样的堆积密度与中性物质一致，否则，在加热过程中，因导热不同会引起差热曲线的基线偏移。⑷热电偶的热端位置热电偶热端在试样中的位置不同，会使热峰产生的温度和热峰的面积有所改变．这是因为物料本身有一定的厚度，因此表层的物料物理化学过程完成较早，中心部分较迟，使试样出现温度梯度。五、实验结论1.潘云祥等[1]的研究表明的吸热脱水过程分为四步,顺序为1,1,2,1，故实验中应观测到四个峰。本实验中我们观测到三个峰，与潘云祥等[1]的实验比较后，我们认为我们的升温速率（10℃/min）过快(与3℃/min相比2．锡的吸热过程开始于230℃左右，查表可知锡的熔点为231.89六、思考题1．为什么差热峰有时向上，有时向下？答：这反映了样品的温度变化不同于环境温度，向上为样品升温快于环境，显示样品此时发生放热变化；向下为样品升温慢于环境，显示样品发生吸热变化。2．克服基线漂移，可以采取那些措施？答：克服基线漂移要1）使标准物和样品的传热过程尽可能一致2）将样品压紧压