中科大热分析技术课件

热分析技术热分析概述

热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。热分析是通过测定物质加热或冷却过程中物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。热分析的特点：一、应用的广泛性热分析广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工，材料科学等领域。二、在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。三、方法和技术的多样性四、与其它技术的联用性

热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况，解释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线尤其困难。目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器串接或间歇联用，常用气相色谱仪、质谱仪、红外光谱仪、X光衍射仪等对逸出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的分析，从而推断出反应机理。热分析分类测定的物理量方法名称简称测定的物理量方法名称简称质量热重法等压质量变化测定逸出气检测逸出气分析放射热分析热微粒分析TAEGDEGA尺寸力学量声学量热膨胀法热机械分析动态热机械法热发声法热传声法TMADMA温度升温曲线分析差热分析DTA光学量电学量热光学法热传声法热量差示扫描量热法调制式差示扫描量热法DSCMDSC磁学量热磁学法差热分析法DTA差示扫描量热法DSC热重法TG一差热分析法

在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。基本原理

差热分析是把被测试样和一种参比物置放在同样的热条件下，进行加热或冷却，在这个过程中，试样在某一特定温度下会发生物理化学反应引起热效应变化，使试样和参比物两侧产生温度差，然后利用某种方法把这温差记录下来，就得到了差热曲线，再针对这曲线进行分析研究。差热分析仪的基本结构典型的DTA曲线

从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理、化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。差热分析的应用定性分析鉴别物质种类测定反应物质的量或热化学参数、测定相变温度等借助标准物质，可以说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系

DTA曲线的影响因素主要影响因素有三个方面：仪器因素，实验条件和试样。

升温速度

试样与参比物的对称度

仪器因素

气氛和走纸速度

升温速率的影响

升温速率增加，则dH/dt越大，即单位时间产生的热效应大，产生的温度差当然也越大，峰就越高；由于升温速率增大，热惯性也越大，峰顶温度也越高。另外，曲线形状也有很大变化。

上图为升温速率对高岭土脱水反应DTA曲线的影响试样粒度形状的影响

从图中，我们可以看出：对试样要尽量均匀，最好过筛。

上图为硝酸银转变的DTA曲线（a）原始试样（b）稍微粉碎的试样（c）仔细研磨的试样二差示扫描量热分析

差示扫描量热法是在温度程序控制下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。根据测量方法不同，这种技术可分为功率补偿型和热流型。基本原理功率补偿型在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号

Q（热量差）输出。热流型在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品两端的温差

T，然后根据热流方程，将

T（温差）换算成

Q（热量差）作为信号的输出。

典型的DSC曲线

曲线离开基线的位移即代表样品吸热或放热的速率（mJ·s-1），而曲线中峰或谷包围的面积即代表热量的变化。差示扫描量热法可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应。

热量变化与曲线峰面积的关系

考虑到样品发生热量变化，此种变化除传导到温度传感装置以实现样品（或参比物）的热量补偿外，尚有一部分传导到温度传感装置以外的地方，因而差示扫描量热曲线上吸热峰或放热峰面积实际上仅代表样品传导到温度传感器装置的那部分热量变化。样品真实的热量变化与曲线峰面积的关系为m·

H=K·A

m——样品质量；

H——单位质量样品的焓变；

A——与

H相应的曲线峰面积；

K——修正系数，称仪器常数。DSC的应用成分分析测定热化学参数（比热、反应热、转变热等）测定试样的纯度研究玻璃、水泥等硅酸盐材料形成的化学反应过程测定高聚物玻璃转化温度、研究结晶行为及热固性树脂固化等过程三热重法

许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成和结构密切相关。这种变化过程有助于研究晶体性质的变化和物质的物理化学现象。

热重法是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。

典型的TG曲线

从图中可看出质量变化量（失重率）、反应的起始和终止温度，从而可以进行定量分析或反应历程的判断。热天平主要构造：

天平加热炉程序控温系统记录仪

热天平测定样品质量变化的方法有变位法和零位法变位法：利用质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用直接差动变压器控制检测零位法：靠电磁作用力使因质量变化而倾斜的天平梁恢复到原来的平衡位置（即零位），施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换机构中线圈中的电流实现的，因此检测此电流值即可知质量变化。

天平梁倾斜（平衡状态被破坏）由光电元件检出，经电子放大后反馈到安装在天平梁上的感应线圈，使天平梁又返回到原点。微商热重（DTG）曲线

微商曲线上的峰顶点为失重速率最大值点，与热重曲线的拐点相对应;微商热重曲线上的峰数与热重曲线的台阶数相等即失重的次数;微商热重曲线峰面积则与失重量成正比。影响热重曲线的主要因素

主要影响因素有三个方面：仪器因素，实验条件和试样。

升温速度

试