热分析方法简介

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1、热分析方法简介热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化关系的一类技术。该技术包括三个方面的内容：其一，物质要承受程序控温的作用，通常指以一定的速率升（降）温。其二，要选定用来测定的一种物理量，它可以是热学的、力学的、声学的、光学的以及电学的和磁学的等。其三，测量物理量随温度的变化关系。物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法跟踪这种变化。表1中列出根据所测物理性质对热分析方法的分类。其中以差热分析（DTA）和热重分析（TG）的历史最长，使用也最广泛；微分热重分析（DTG）和差示扫描置热法（DSC）近年来也得

2、到较迅速地发展。下面简单介绍DTA、TG和DSC的基本原理和技术。 表1热分析方法的分类物理性质方法简称物理性质方法简称质量热重法TG机械特性机械热分析TMA导热系数法DTG声学特性热发声法 逸出气体检测法EGD热传声法 温度差热分析DTA光学特性热光学法 热量差示扫描量热法DSC电学特性热电学法 尺寸热膨胀法TD磁学特性热磁学法  （一）差热分析（DTA）差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。在DAT试验中，样品温度的变化是由于相变或

3、反应的吸热或放热效应引起的。一般说来，相变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。图1为差热分析装置示意图，典型的DTA装置由温度程序控制单元、差热放大单元和记录单元组成。将试样S和参比物R一同放在加热电炉中进行程序升温，试样在受热过程中所发生的物理化学变化往往会伴随着焓的改变，从而使它与热惰性的参比物之间形成一定的温度差。差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号经差热放大后在记录单元绘出差热分析曲线。从曲线的位置、形状、大小可得到有关热力学和热动力学方面的信息。在理想条件下，差热分析曲

4、线如图图2所示。图中的纵坐标表示试样和参比物之间的温度差；横坐标表示温度T、或升温过程的时间t。如果参比物的热容和被测试样的热容大致相同，而试样又无热效应时，两者的温度差非常微小，此时得到的是一条平滑的基线AB。随者温度的上升，试样发生了变化，产生了热效应，在差热分析曲线上就出现一个峰如图2中的BCD和EFG。热效应越大，峰的面积也就越大。在差热分析中通常规定,峰顶向上的峰为放热峰，它表示试样的温度高于参比物的温度。相反峰顶向下的峰为吸热峰则表示试样的温度低于参比物的温度。 图1差热分析装置示意图图2理想的差热分析曲线 差热分析的实验条件、操作因

5、素对实验结果有很大的影响。为便于比较，在谱图上都要标明实验操作条件。实验条件的确定通常可从以下几方面加以考虑：（1）升温速率。升温速率对实验结果的影响比较明显。一般控制在2～20℃·min-1，常用5℃·min-1。升温过快，基线漂移明显，峰的分辨率较差，同时峰顶温度会向高温方向偏移。（2）参比物。要得到平稳的基线应尽可能选择与试样的热容、导热系数、粒度等性质比较相近的热惰性物质作为参比物。常用的参比物有、煅烧过的MgO和SiO2等。（3）气氛和压力某些样品或其热分解产物可能与周围的气体进行反应，因此应根据需要选择适当的气氛。另一方面,对于释放或

6、吸收气体的反应、出峰的温度和形状还会受到气体压力的影响。（4）样品的预处理及用量一般非金屑固体样品均应经过研磨。试样和参比物的装填情况应基本一致。样品用量不宜过多,这样可以得到较尖锐的峰同时将提高其分辨率。由于各种条件的影响，实际得到的差热分析曲线比理想曲线要复杂些。图3是一个典型的差热分析曲线。图中Tini为基线开始偏离基线的温度，也就是仪器检测到反应开始进行的温度，它与仪器灵敏度密切相关。仪器的灵敏度高，测得的就低些。许多物质的差热曲线开始偏离基线的速度是很慢的，因而要精确确定Tini有着一定困难。Tp称峰顶温度，它表示试样和参比物之间的温差

7、最大，但这并不意味着反应的终结。Tp受实验条件的影响较大，因此不能作为鉴定物质的特征温度。国际热分析会议决定，用外延起始温度Te作为反应的起始温度，并可用以表征某一特定物质。这是因为Te受实验条件的影响较小，同时它与其他方法求得的反应起始温度也较一致。 图3实际测得的差热分析曲线（二）热重分析法（TG）综合热分析仪能够同时进行热重分析、差热分析、微分热重分析并测定温度和时间的关系。热重分析是研究试样在恒温或等速升温时其质量随时间或温度变化的关系。专门用于热重分析测定的仪器叫热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。而具有多种功能

8、联用型的热分析仪，则便于从不同角度对试样进行综合分析。许多物质在加热过程中常发生质量的变化，如含水化合物的脱水、化合物的分解、固体的升华