中国地质大学热分析技术.ppt

1、热分析技术,热分析技术的定义 热分析技术的分类 热重分析 差热分析 差示扫描量热分析,一、热分析的定义,利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析的总称。 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度变化关系的一类技术（ICTA）。 程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、尺寸、声、光、电及磁等性质。,热分析方法的分类,热分析四大支柱 热重分析、差热分析、差示扫描量热分析、热机械分析 热重分析(TG)：沸点、热分解反应过程分析与脱水量测定等，生成挥发性物质的固相反应分析、固体与气体反应分析等。 差热分析(DTA)：熔化及结晶转变、氧化还原反应、裂解反应等

2、的分析研究、主要用于定性分析。 差示扫描量热分析(DSC)：分析研究范围与DTA大致相同，但能定量测定多种热力学和动力学参数，如比热、反应热、转变热、反应速度和高聚物结晶度等。 热机械分析(TMA)：膨胀系数、体积变化、相转变温度、应力应变关系测定，重结晶效应分析等。,热重分析,热重分析（TG） Thermogravimetric Analysis 在程序控制温度下测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。 静态法和动态法。 静态法：在恒温下测定物质质量变化与温度的关系。 动态法：在程序升温下测定物质质量与温度的关系。,1、热重分析仪,1、热重分析仪,热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统

3、、自动记录仪,记录质量变化对温度的关系曲线纵坐标是质量，横坐标为温度或时间。微商热重曲线：纵坐标为dW/dt，横坐标为温度或时间.峰面积与失重量成正比。,2、热重曲线（TG、DTG曲线）,T1,T2,A(固) B(固)+C（气）,典型 TG 图谱示例 - 一水合草酸钙的分解,CaC2O4 * H2O - CaC2O4 + H2O CaC2O4 - CaCO3 + CO CaCO3 - CaO + CO2,热重法的应用,无机物及有机物的脱水和吸湿； 无机物及有机物的聚合与分解； 矿物的燃烧和冶炼； 金属及其氧化物的氧化与还原； 物质组成与化合物组分的测定； 煤、石油、木材的热释； 金属的腐蚀；,

4、物料的干燥及残渣分析； 升华过程； 液体的蒸馏和汽化； 吸附和解吸； 催化活性研究； 固态反应； 爆炸材料研究； 反应动力学研究，反应机理研究； 新化合物的发现。,二、差热分析,差热分析（Differential Thermal Analysis），简称DTA 是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。 参比物：在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质,1. 差热分析原理,热电效应与热电偶 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成图所示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度T和T0不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。

5、 两个结点中与被测介质接触的一个称为测量端或工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。,1. 差热分析原理,热电偶与差热电偶 将两个反极性的热电偶串联起来，就构成了可用于测定两个热源之间温度差的温差热电偶。,2. 差热分析仪,由加热炉、试样 容器、热电偶、温 度控制系统及放大、 记录系统等部分组成。,（1）加热炉,炉内有均匀温度区，使试样均匀受热； 程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控制精度高； 电炉热容量小，便于调节升、降温速度； 炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流干扰； 使用温度上限1100以上，最高可达1800 。,（3）热电偶,差热分析的关键元件。 产生较高温差电动势，随温度

6、成线性关系的变化； 能测定较高的温度，测温范围宽，长期使用无物理、化学变化，高温下耐氧化、耐腐蚀； 比电阻小、导热系数大； 电阻温度系数和热容系数较小； 足够的机械强度，价格适宜。 铜-康铜（长期350 /短期500 ）、 铁-康铜（600/800 ）、镍铬-镍铝（1000/1300 ）、 铂-铂铑(1300/1600 )、铱-铱铑（1800/2000 ）。,基线：DTA曲线上T近似 等于0的区段。 峰：DTA曲线离开基线又回 到基线的部分，包括放 热峰和吸热峰。 外延始点：指峰的起始边陡 峭部分的切线与外延基 线的交点。 峰高：表示试样和参比物之 间的最大温度差。,3、差热分析曲线,横坐标代

7、表时间或温度，纵坐标代表温度差T,吸热过程显示一个向下的峰，放热过程显示一个向上的峰。多用于定性的表征和鉴定物质。,4. DTA曲线的解析,每一个矿物都有自己特定的DTA曲线，它像指纹一样表征该物质的特征。 （1）含水矿物的脱水 普通吸附水脱水温度：100110 。 层间结合水或胶体水：400 内，大多数200或300内。 架状结构水：400 左右。 结晶水：500 内，分阶段脱水。 结构水：450 以上。,（2）矿物分解放出气体,三、差示扫描量热分析法,DTA面临的问题 定性分析，灵敏度不高 差示扫描量热分析法（DSC） Differential Scaning Calarmeutry 在程

8、序控温下，测量物质和参比物之间的能量随温度变化关系的一种技术。通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，保持试样与参比物之间温度始终保持相同，无温差、无热传递，使热损失小，检测信号大。灵敏度和精度大有提高，可进行定量分析。,1、差示扫描量热分析原理,零点平衡原理：样品何参比都附有独立的小加热器和传感器，整个仪器有两套控制系统，一个控制温度，使试样和参比物在预定速度下升温或降温，另一个用于补偿二者之间所产生的温差，始终保持试样与参比物二者温度一致。,2. 典型的DSC曲线,典型的差示扫描量热（DSC）曲线以热流率（dH/dt）为纵坐标、以时间（t）或温度（T）为横坐标，即dH/dt-t（或T）曲线。 曲线离开基线的位移即代表样品吸热或放热的速率（mJs-1），而曲线中峰或谷包围的面积即代表热量的变化。 因而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。,图7 典型的DSC曲线,七、热分析技术的发展,小型化、高性能化 仪器体积缩小，检测精度提高，测定温度范