差热分析与热重分析

差热分析与热重分析计划学时：2学时本实验通过DTA研究物质BaC12.2H2O在加热过程中所发生的物理化学变化，绘制相应曲线，确定其变化的实质。【实验目的】(1) 掌握DTA热分析仪的原理和实验技术。(2) 测量化学分解反应过程中的分解温度。(3) 测量物质在加热过程中所发生的物理化学变化，绘制相应曲线，从而研究材料的反应过程。【实验原理】热分析是物理化学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。差热分析DTA原理差热分析(DifferentialThermalAnalysis简称DTA)是指在程序控制温度下，测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。用数学式表达为T=TsTr(T或t)式中Ts，Tr分别代表试样及参比物温度；T程序温度；t时间。试样和参比物的温度差主要取决于试样的温度变化。DTA仪由以下几部分组成：(1) 样品支持器。(2) 程序控温的炉子。(3) 记录器。(4) 检测差热电偶产生的热电势的检测器和测量系统。(5) 气氛控制系统。若将呈热稳定的已知物质(即参比物)和试样一起放入一个加热系统中，并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸热或放热变化，且与程序温度间不存在温度滞后时，试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。即TsTr(T)为零时，两温度线重合，在T曲线上则为一条水平基线。若试样发生放热变化，由于热量不可能从试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移动。而参比物的温度始终与程序温度一致，T0,在AT曲线上是一个向上的放热峰。反之，在试样发生吸热变化时，由于试样不可能从环境瞬间吸收足够的热量，从而使试样温度低于程序温度。颅0,在AT曲线上是一个向下的吸热峰。只有经历一个传热过程,试样才能回复到与程序温度相同的温度,由于是线性升温，得到的ATt(或T)图。即是差热曲线或DTA曲线，表示试样和参比物之间的温度差随时间或温度变化的关系。DTA原理如图1所示：PuJfiSG-ASO-uCOuartJHou1*1Ploticr图1DTA原理示意图C4-mpulf2 .影响DTA测定的因素DTA曲线的峰形、峰位、峰面积等会受到试样质量、热传导率、比热容、粒度、填充程度,以及周围气氛和升温速率等因素的影响。因此,要获得良好的再现性结果,对上述各点必须十分注意。通常升温速率增大,峰值的温度向高温方向偏移；峰形变得尖锐,但峰的分辨率降低,两个相邻的峰会重叠在一起,从而影响曲线的分析。3 .DTA的应用在热分析中,差热分析是使用最早,应用较广和研究较多的一种分析方法,其主要应用为：(1) 研究结晶转变,二级转变；(2) 追踪熔融,蒸发等相变过程；(3) 用于分解、氧化还原、固相反应等研究。【实验仪器设备及材料】德国耐弛STA449C综合热分析仪、氮气，纯度99.99%、专用坩埚、SX-8-16高温箱式电阻炉(额定温度1600C)、BaC12H2O(分析纯)、超声波洗涤器。【实验步骤及方法】1.实验前准备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;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N2)调压阀一一调节转子流量计流量；(1) 让仪器预热约30分钟；(2) 确定样品在咼、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，必要时用坩埚盘盖盖上。2 实验开始(1) 在电脑上打开对应的STA449C测量软件，待自检通过后，检查仪器设臵，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臵有无异常。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、炉子冷却后，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) 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。(3) 待样品温度降至1OOC以下时打开炉盖，拿出两个坩埚,将炉子关闭。3.实验结束(1) 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) 关闭恒温水浴面板上的运行开关和上下两个电源开关；关闭使用气瓶的咼压总阀，低压阀可不必关。【实验报告】1. 简述TG-DTA的原理2. 通过TG-DTA曲线计算反应的热效应和起始反应温度。BaCl2.2H2O在加热过程中有哪些变化？在热分析曲线上如何反映出来？结合以上计算结果判断各级反应中的产物，写出各级反应的方程式。思考题1.如果升温速度增大，BaC12.2H2O分解温度会发生怎样的变化？参考资料1陈伟庆.冶金工程实验技术.冶金工业出版社，20042攀春旭、方鹏飞、汪大海.材料物理与化学实验教程.中南大学出版社,2008.