差熱分析實驗報告一、實驗?zāi)康?、掌握差熱分析的基本原理及測量方法2、學(xué)會差熱分析儀的操作，并繪制玻璃樣品的差熱圖。3、掌握差熱曲線的處理方法，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。二、實驗原理物質(zhì)在受熱或冷卻過程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時，往往會發(fā)生熔化、凝固、晶型轉(zhuǎn)變、分解、化合、吸附、脫附等物理或化學(xué)變化，并伴隨著有焓的改變，因而產(chǎn)生熱效應(yīng)，其表現(xiàn)為物質(zhì)與環(huán)境(樣品與參比物)之間有溫度差。差熱分析（DifferentiaiThermalAnalysis，簡稱DTA）就是通過溫差測量來確定物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的一種熱分析方法。差熱分析儀的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它包括帶有控溫裝置的加熱爐、放置樣品和參比物的坩堝、用以盛放坩堝并使其溫度均勻的保持器、測溫?zé)犭娕肌⒉顭嵝盘柗糯笃骱托盘柦邮障到y(tǒng)(記錄儀或微機(jī))。差熱圖的繪制是通過兩支型號相同的熱電偶，分別插入樣品和參比物中，并將其相同端連接在一起（即并聯(lián)，見圖1）。兩支筆記錄的時間—溫度（溫差）圖就稱為差熱圖（見圖2），或稱為熱譜圖。圖圖1差熱分析原理圖圖2典型的差熱圖從差熱圖上可清晰地看到差熱峰的數(shù)目、位置、方向、寬度、高度、對稱性以及峰面積等。峰的數(shù)目表示物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化的次數(shù)；峰的位置表示物質(zhì)發(fā)生變化的轉(zhuǎn)化溫度（如圖2中TB）；峰的方向表明體系發(fā)生熱效應(yīng)的正負(fù)性；峰面積說明熱效應(yīng)的大小：相同條件下，峰面積大的表示熱效應(yīng)也大。在相同的測定條件下，許多物質(zhì)的熱譜圖具有特征性：即一定的物質(zhì)就有一定的差熱峰的數(shù)目、位置、方向、峰溫等，因此，可通過與已知的熱譜圖的比較來鑒別樣品的種類、相變溫度、熱效應(yīng)等物理化學(xué)性質(zhì)。因此，差熱分析廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、冶金、陶瓷、地質(zhì)和金屬材料等領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)部門。理論上講，可通過峰面積的測量對物質(zhì)進(jìn)行定量分析。三、儀器與試劑試劑：玻璃粉末，參比物：α-Al2O3，儀器：差熱分析儀（HCT-1/2）一臺，計算機(jī)一臺。四、實驗步驟1、開啟儀器電源，預(yù)熱20分鐘2、裝入實驗樣品升起加熱爐，露出支撐桿（熱電偶組件）。將參比物樣品與實驗樣品分別裝入陶瓷坩堝中（Al2O3），平穩(wěn)放置在熱電偶板上，雙手降下加熱爐體。3、檢查冷卻循環(huán)水4、檢查儀器主機(jī)與計算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸線連接情況5、檢查儀器注意氣氛控制單元與外接氣源連接情況注意：在使用流動氣氛進(jìn)行實驗時應(yīng)先做一次或二次流動氣氛的熱重基線漂移實驗，通過改變各路進(jìn)氣流量的方法，使熱重基線穩(wěn)定，漂移最小，為正式試驗提供最佳的試驗條件。同時，還應(yīng)注意輸入氣體管路的欲通氣體純凈，在正式試驗前，讓欲通氣體流通約25分鐘。6、運行工作站軟件，進(jìn)入新采集設(shè)置界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，輸入初始溫度（25℃）、終止溫度（1000℃）、升溫速率（10℃/min）等參數(shù)。7、點“采集”按鈕后，系統(tǒng)自動執(zhí)行實驗數(shù)據(jù)采集命令。8、到達(dá)終止溫度后，儀器自動停止采集，將數(shù)據(jù)存盤。7、利用Origin畫出DTA圖，并標(biāo)出熱效應(yīng)的起始和終止溫度以及峰頂溫度。五、數(shù)據(jù)記錄和處理圖3玻璃粉末DTA曲線上圖（見圖3）為實驗所得DTA曲線，由圖可知放熱峰的起始溫度T1=592.1℃，終止溫度T3=668.6℃，而峰頂溫度T2=629.7℃，這說明該玻璃粉末析晶溫度范圍為592.1~629.7℃，并且在629.7℃附近其析晶最為明顯。六、誤差分析（1）參比物和試樣的熱性質(zhì)、質(zhì)量、密度等并不完全相同導(dǎo)致基線發(fā)生漂移，對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。參比物的導(dǎo)熱系數(shù)受比熱容、密度、溫度和裝填方式等多種因素的影響，這些因素的變化均能引起差熱曲線基線的偏移。因此，即使裝填時對樣品進(jìn)行小心振動使樣品盡量裝填緊密，還是不能避免誤差的產(chǎn)生。（2）試樣的用量偏大會導(dǎo)致相鄰的兩個峰發(fā)生重疊，在進(jìn)行近似處理時不可避免的會帶來系統(tǒng)誤差，因此實驗時可減少試樣用量，是差熱曲線更準(zhǔn)確更便于分析處理。（3）升溫速率的影響。升溫過快會導(dǎo)致峰變尖銳，圖像各點的離散程度變大，不利于數(shù)據(jù)的處理，且升溫過快會使實驗受環(huán)境溫度的影響變大，容易導(dǎo)致加熱器內(nèi)溫度的不均勻。七、思考題1、差熱峰的方向與樣品吸放熱的關(guān)系？差熱峰的方向和兩個因素有關(guān)，首先，差熱分析中是以參比物還是試樣為基準(zhǔn)來算差值（即TS-TR=ΔT還是TR-TS=ΔT）；其次，發(fā)生的反應(yīng)本身是吸熱還是放熱的。在本次實驗中以試樣為基準(zhǔn)，由于是吸熱反應(yīng)，因此差熱峰向下。2、克服基線漂移，可以采取哪些措施？首先，只有當(dāng)參比物和試樣的熱性質(zhì)、質(zhì)量、密度等完全相同時才能在試樣無任何類型能量變化的相應(yīng)溫區(qū)內(nèi)保持=O，使基線不發(fā)生漂移。參比物的導(dǎo)熱系數(shù)受比熱容、密度、溫度和裝填方式等多種因素的影響，這些因素的變化均能引起差熱曲線基線的偏移。即使同一試樣用不同參比物實驗，引起的基線偏移也不一樣。本實驗中將樣品小心振動使其盡量均勻，使基線漂移減小，另外，降低升溫速率、減少試樣用量都可減小基線的漂移3、差熱曲線的形狀與那些因素有關(guān)？影響差熱分析結(jié)果的主要因素是什么？影響儀器儀表差熱分析的主要因素如下：（1）氣氛和壓力的選擇氣氛和壓力可以影響樣品化學(xué)反應(yīng)和物理變化的平衡溫度、峰形。因此，必須根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)臍夥蘸蛪毫Γ械臉悠芬籽趸?，可以通入N2、Ne等惰性氣體。（2）升溫速率的影響和選擇升溫速率不僅影響峰溫的位置，而且影響峰面積的大小，一般來說，在較快的升溫速率下峰面積變大，峰變尖銳。但是快的升溫速率使試樣分解偏離平衡條件的程度也大，因而易使基線漂移。更主要的可能導(dǎo)致相鄰兩個峰重疊，分辨力下降。較慢的升溫速率，基線漂移小，使體系接近平衡條件，得到寬而淺的峰，也能使相鄰兩峰更好地分離，因而分辨力高。但測定時間長，需要儀器的靈敏度高。一般情況下選擇10℃/min～15℃/min為宜。（3）試樣的預(yù)處理及用量試樣用量大，易使相鄰兩峰重疊，降低了分辨力。一般盡可能減少用量，最多大至毫克。樣品的顆粒度在100目～200目左右，顆粒小可以改善導(dǎo)熱條件，但太細(xì)可能會破壞樣品的結(jié)晶度。對易分解產(chǎn)生氣體的樣品，顆粒應(yīng)大一些。參比物的顆粒、裝填情況及緊密程度應(yīng)與試樣一致，以減少基線的漂移。（4）參比物的選擇要獲得平穩(wěn)的基線，參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化，在整個升溫過程中參比物的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。常用三氧化二鋁（α-Al2O3）或煅燒過的氧化鎂或石英砂作參比物。如分析試樣為金屬，也可以用金屬鎳粉作參比物。如果試樣與參比物的熱性質(zhì)相差很遠(yuǎn)，則可用稀釋試樣的方法解決，主要是減少反應(yīng)劇烈