碳酸盐分解热力学分析

碳酸盐分解热力学分析（4 学时）热分析是物理化学分析的基本分析的基本方法之一。综合热分析研究物质在 加热过程中发生相变或其他物理化学变化时所伴随的能量、质量和体积等一系列 的变化，可以确定其变化的实质或鉴定矿物。DSC和DTA研究物质在加热过程中 内部能量变化所引起的吸热或放热效应。一、实验目的1、了解的 DSC 和 DTA 基本原理；2、正确掌握DSC和DTA的操作技术；3、研究掌握碳酸盐分解温度的测定，并绘制相应曲线。二、实验内容简述使用STA-449C综合热分析仪测定碳酸盐分解温度，并绘制、分析相应曲线。三、实验原理1、DTA（differential thermal analysis）, 即常说的差热分析，测定在 程序温度条件下试样和参比间的温度差DeltaT随炉子温度变化的函数；一般原SampleSampleAmpbdiwnCompuurTAiriparfilureGoniMii CifcdttCokf JunctionHeart Ccrtiponsallon *1CtfCUllFurnacsPtai#Furnac&Coll2、热流型 DSC (heatflux differential scanning calorimeter),即一般所指的商业化定量DTA；在 给予样品和参比品相同的功率 下，测定样品和参比样品两端 的温差AT，然后根据热流方 程，将AT （温差）换算成AQ （热量差）作为信号的输出。在定量DTA中，在控温条件下, 试样和参比间的温差作为时间 或温度的函数测定，温差与热 流（试样端与热敏板之间）呈 比例关系；样品支持器的构造 有别于经典DTA设置，热电偶 位于试样和参比支持器底部， 另外有一套热电偶测量炉子和热敏板的温度。试样的相变引起吸热或放热，改变 流经热敏板的热流；热流的差异导致热敏板和炉子之间的温差的增量；热敏板的热容作为温度的函数在制造过程由绝热量热法测定，藉此由温度增量的波动评价 转变的焓变。定量 DTA 的路子设计通常较大，一些设计操作温度范围常大于 1000K,铂或氧化铝材料的样品支持器，操作温度上限约至1500K; 般性热流型 DSC 示意图如右:3 、 功 率 补 偿 型 DSC （ Power Compensation Differential Scanning Calorimetry）,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两端所需 的能量差，并直接作为信号Q（热 量差）输出。功率补偿性的构造原 理有别于上述的DTA，基于动态零 位原理提供功率补偿，保证 DeltaT0；样品支持器组件在一冷 媒腔体上面；试样支持器和参比支 持器各自独立配置一个热阻传感 器（resistance sensor） 测定支持器底部的温度，一个加热 电阻丝当由于试样相变而引 致试样和参比间的温差大于阈值（典型为0.01K），进行热量补偿，补偿的功率 作为时间或温度的函数记录下来，补偿功率与试样的热容呈比例关系；基于样品 支持器模型的选择，功率补偿性操作温度范围为：110-1000K； 般性示意图如 右：4、复合型DSC:保留热流型DSC的均温块结构，以保持基线的稳定和高灵 敏度；配置功率补偿型DSC的感应器以获得高分辨率。四、实验材料/试样碳酸盐等材料。五、实验设备1、德国耐弛 STA449C；2、氮气，纯度 99.99%；3、专用坩埚；4、SX8l 6高温箱式电阻炉；额定温度1600C；5、超声波洗涤器。六、实验方法及步骤1 实验前准备1.1 首先应检查仪器连接系统是否正常,样品支架上清洁无任何杂质;1.2 开机顺序：电源开关循环水单元计算机炉子大电源仪器测量单元控制器一一实验用气体（如NJ调压阀一一调节转子流量计流 量；1.3 让仪器预热约30分钟；1.4确定样品在高、低温下无强氧化性、还原性，（如:有单质砷As，硫S, 硅Si,碳C等挥发物的不可放入），选择适用的坩埚，准备好测试样品（约10mg）, 在天平上称重并记录下来，将样品放入坩埚盘，视测试样品情况，必要时用坩埚2 实验开始2.1 在电脑上打开对应的 STA449C 测量软件，待自检通过后，检查仪器设置， 确认支架类型,坩埚的类型；打开炉盖，观察支架应在炉体中央不会碰壁时，将 炉子升起，放入空坩埚，升降炉子,观察与支架的相对位置有无异常；按照工艺 要求，新建一个基线文件（此时不用称重）编程运行；待程序正常结束后冷却后， 打开炉子取出坩埚（同样要注意支架的中心位置），将样品平整放入后（以不超 过 1/3 容积约 10mg 为好）称重，然后打开基线文件，选择基线加样品的测量模 式，编程运行，注意在温度段中仅能更改原程序的结束温度值，即倒数第二步， 小于或等于原值；若原有的基线文件合用，可直接将其打开，选择样品加基线模 式编程运行；2.2 程序正常结束后会自动存储，可打开分析软件包（或在测试中运行实时 分析）对结果进行数据处理，处理完后可保存为另一种类型的文件；2.3待样品温度降至100C以下时打开炉盖，拿出两个坩埚,将炉子关闭；2.4 不使用仪器时正常关机顺序依次为：关闭软件、退出操作系统、关电脑 主机、显示器、仪器控制器、测量单元；2.5 关闭恒温水浴面板上的运行开关和上下两个电源开关；关闭使用气瓶的 高压总阀，低压阀可不必关。七、实验注意事项及安全操作规程1、不能测试强氧化性或还原性材料；2、测试温度不能超过仪器规定范围；3、熟悉热分析仪的使用方法。八、实验结果的处理打印出试验结果，根据 DTA 曲线和 DSC 曲线，确定特征温度，对实验中所观 察到的现象及所得结果进行分析讨论。九、思考题1、碳酸盐在加热过程中有哪些变化？在热分析曲线上如何反映出来？2、试对实验中所观察到的异常现象及误差作出合理解释。3、简述 DSC、DTA 的原理。