差热分析仪器介绍.ppt

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1、第三章热分析ThermalAnalysis第一节热分析技术的概述一、热分析的定义1977年在日本京都召开的国际热分析协会(ICTA,InternationalConferenceonThermalAnalysis)第七次会议所下的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。这里所说的“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。这里的“物质”指试样本身和(或)试样的反应产物，包括中间产物。上述物理性质主要包括质量、温度、能量、尺寸、力学、声、光、热、电等。根据物理性

2、质的不同，建立了相对应的热分析技术，例如：热重分析（Thermogravimetry，TG）；差热分析（DifferentialThermalAnalysis，DTA）差示扫描量热分析（DifferentialScanningCalorimetry，DSC）；热机械分析（ThermomechanicalAnalysis，TMA）逸出气体分析（EvolvedGasAnalysis，EGA）；热电学分析（Thermoelectrometry）；热光学分析（Thermophotometry）等。热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热

3、分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。物理性质热分析技术名称缩写质量热重分析法TG温度差热分析DTA热量示差扫描量热法DSC尺寸热膨胀（收缩）法TD力学特性动态力学分析DMTA1.可在宽广的温度范围内对样品进行研究；2.可使用各种温度程序（不同的升降温速率）；3.对样品的物理状态无特殊要求；4.所需样品量可以很少（0.1g-10mg）；5.仪器灵敏度高（质量变化的精确度达10-5）；6.可与其他技术联用；7.可获取多种

4、信息。二、热分析的主要优点1887年，法（德）国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土矿物在升温过程中的热性质的变化。1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照物间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析（DTA）技术的原始模型。1915年，日本人在分析天平的基础上研制出热天平，开创了热重分析(TG)技术。1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。1964年，美国人在DTA技术的基础上发明了示差扫描量热法(DSC),Perkin-Elmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。三、热分

5、析的起源第二节物质的热效应一晶体中水的存在形式1吸附水：H2O；不参加晶格；存在于表面或毛细管内，失水温度100-130o。2结晶水：H2O参加晶格；存在于结构中，不与其他单元形成化学键；失水物相变化；温度100-300o。3结构水：OH-形式参加晶格；存在于结构中，与其他单元形成化学键；失水晶格崩溃；温度300-1000o。4过渡类型的水：层间水、沸石水。二物质的热效应：脱水-吸热；分解-吸热；CaCO3=CaO+CO2;相变-吸热或放热：熔化、升华、蒸发。氧化-放热；结晶-放热；第三节差热分析（DTA）一、DTA的基本原理差

6、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。差热分析曲线描述了样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。1在金属中有自由电子，要使之逸出表面，需施加能量V（逸出功）。设有两金属A、B，Va>Vb,则A，B接触时自由电子由B流向A，使A-，B+，并形成电位差Vab’。Vab’=Vb-Va。2原始A、B中的自由电子数不同，设：Na>Nb,从A逸出的电子多于B的，形成另一电位差Vab’’。Vab’’=(KT/e)ln(Na/Nb)K-玻尔茨曼常数；T-温度；e-电子电荷。实际接触时AB的电位

7、差为：Vab=Vab’+Vab’’=Vb-Va+(KT/e)ln(Na/Nb)3把金属A、B焊成闭合回路，两个接点的温度t1,t2不等，则电路内的电动势为两个接点的电位差之和：Eab=Vab+Vba=K/e(t1-t2)ln(Na/Nb)可见在两种不同的金属之间形成Eab(温差电动势），范围其值与温差(t1-t2)有关（其它值为常数）。在DTA试验中，把两个接点分别插在样品与参比物之中，它们之间的温度差的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。如:相转变、熔化、结晶结构的转变、沸腾、升华、蒸发、脱氢、裂解或分解反应、氧化或

8、还原反应、晶格结构的破坏和其它化学反应。一般说来，相转变、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。测量电动势（电压），可知温差，进一步可知热效应的出现与否及强度。差热分析的原理如下图所示。将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以