现代分析测试技术 热分析技术.ppt
《现代分析测试技术 热分析技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《现代分析测试技术 热分析技术.ppt(56页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、现代分析测试技术现代分析测试技术 热分析技热分析技术术1887年年,法法(德德)国国人人第第一一次次用用热热电电偶偶测测温温的的方方法法研研究究粘粘土土矿矿物物在升温过程中的热性质的变化。在升温过程中的热性质的变化。1891年年,英英国国人人使使用用示示差差热热电电偶偶和和参参比比物物,记记录录样样品品与与参参照照物物间间存存在在的的温温度度差差,大大大大提提高高了了测测定定灵灵敏敏度度,发发明明了了差差热热分分析析(DTA)技术的原始模型。技术的原始模型。1915年年,日日本本人人在在分分析析天天平平的的基基础础上上研研制制出出热热天天平平,开开创创了了热热重分析重分析(TG)技术。技术。1
2、940-1960年,热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。年,热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。1964年年,美美国国人人在在DTA技技术术的的基基础础上上发发明明了了示示差差扫扫描描量量热热法法(DSC),Perkin-Elmer公司率先研制了公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。型示差扫描量热仪。1、热分析的起源、热分析的起源 一 概述 国际热分析协会国际热分析协会(International Confederation for Thermal Analysis-ICTA)曾于曾于1977年对年对热分析技术热分析技术下了如下定义下了如下定义:热分析是在程序控制温度下测量物质的物
3、理性质与热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。温度关系的一类技术。温度关系的一类技术。温度关系的一类技术。指物质的质量、温度、热量、尺寸、机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学特征的任何一种指线性升温、线指线性升温、线性降温、恒温等性降温、恒温等指试样本身,也可指试样本身,也可指试样的反应产物指试样的反应产物 热热分分析析法法的的核核心心就就是是研研究究物物质质在在受受热热或或冷冷却却时时产产生生的的物物理理和和化化学学的的变变迁迁速速率、温度以及所涉及的能量和质量变化。率、
4、温度以及所涉及的能量和质量变化。2、定义、定义 4 4、应用、应用测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化(测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化(晶型转变、相态变化和吸附等)和化学变化()和化学变化(脱水、分解、氧化和还原等)。)。3 3、特点:、特点:1.温度的变化是受程序控制的;温度的变化是受程序控制的;2.能很简便地测定因温度变化而引起材料物性改变的方法。能很简便地测定因温度变化而引起材料物性改变的方法。国国际际热热分分析析协协会会确确认认的的热热分分析析技技术术5 5、分类、分类 9类类17种种热分析的热分析的四大支柱四大支柱(ICTA(ICTA)现代分析测试技术热分析技术1 热重
5、分析法热重分析法TG(Thermo-gravimetry)(微商热重分析法DTG(DerivativeThermogravimetry)2 差热分析法差热分析法 DTA (DifferentialThermalAnalysis)3 示差扫描量热分析法示差扫描量热分析法DSC (DifferentialScanningCalorimetry)现代分析测试技术现代分析测试技术 热分析技术热分析技术1.定义定义在程序控温下,测量物质的质量与温度或时间的关系的方法,通常是测通常是测量试样的质量变化与温度的关系。量试样的质量变化与温度的关系。控温方法:控温方法:升温法、恒温法升温法:动态法升温法:动态法
6、在程序升温下,测定物质质量变化与温度的关系。在程序升温下,测定物质质量变化与温度的关系。恒温法:静态法恒温法:静态法在恒温条件下,试样质量变化随时间变化的函数关系在恒温条件下,试样质量变化随时间变化的函数关系STA 449C热分析仪热分析仪2.仪器仪器基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。3.基本原理基本原理高温炉热电偶温控单元天平基本原理:待测物置于耐高温容器中,此容器被置于一具有可程式控制温度的高温炉中,上端被悬挂在一个具有高灵敏度及精确度的天平上。在加热或冷却的过程中,由于待测物会因为反应导致重量的变化,这个因温度变化造成的重量变化可以由天平测量获得。现代分析测试技术现代分析测试技术
7、 热分析技术热分析技术TG曲线:曲线:DTG曲线:曲线:一次微分一次微分4.1、热重曲线、热重曲线(TG曲线曲线):质量变化对温度的关系曲线质量变化对温度的关系曲线纵坐标:纵坐标:重量重量-由上到下质量减少横坐标:横坐标:温度或时间温度或时间-从左到右增加热重曲线中,水平部分表示热重曲线中,水平部分表示重量恒定重量恒定,曲线斜率发生变化的,曲线斜率发生变化的部分表示部分表示重量的变化重量的变化根据热重曲线上各步失重量可以简便地计算出各步的失重分根据热重曲线上各步失重量可以简便地计算出各步的失重分数,从而数,从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物判断试样的热分解机理和各步的分解产物。还可看出热
8、稳定性温度区,反应区,反应所产生的中间体和还可看出热稳定性温度区,反应区,反应所产生的中间体和最终产物。最终产物。例:固体热分解反应:A(固)B(固)C(气)的典型热重曲线如图所示失重百分数为失重百分数为:(W0W1)/W0100%W0W1 举例:举例:举例:举例:PET PET(聚对苯二甲酸类塑料)的热分解(聚对苯二甲酸类塑料)的热分解(聚对苯二甲酸类塑料)的热分解(聚对苯二甲酸类塑料)的热分解154.2、微商热重曲线、微商热重曲线(DTG曲线曲线):试样质量变化率与温度或时间的关系曲线。试样质量变化率与温度或时间的关系曲线。纵坐标:纵坐标:dWdt(或dWdT)-从上到下减少横坐标:横坐标
9、:温度或时间-自左至右增加DTG曲曲线线的的峰峰顶顶d2W/dt2=0,即即失失重重速速率率的的最最大大值值,它它与与TG曲线的拐点曲线的拐点相对应。相对应。DTG曲线上的曲线上的峰的数目峰的数目和和TG曲线的台阶数相等曲线的台阶数相等DTG曲线上的曲线上的峰面积峰面积与失重量成正比。与失重量成正比。DTGTG17现代分析测试技术现代分析测试技术 热分析热分析技术技术1.实验条件的影响:样品盘的影响挥发物冷凝的影响升温速率的影响气氛的影响2.样品的影响:样品用量的影响样品粒度的影响CO2气氛、空气或N2气氛,物质的反应温度会有较大变化最好的办法是根据天平的灵敏度,尽可能使用少量试样。用量大:吸
10、放热引起的温度偏差大,且不利于热扩散和热传递。粒度小的比粒度大的试样热分解温度低,反应区间窄。升温速率越大,热滞后越严重,导致起始温度和终止温度偏高加热屏板解决曲线AB段为一平台,表示试样在室温至45间无失重。故mo=10.8mg。曲线BC为第一台阶,失重为mo-m1=1.55mg,求得质量损失率为:实验条件为试样质量为:10.8mg,升温速率为10/min,采用静态空气,在铝坩埚中进行曲线CD段又是一平台,相应质量为m1;曲线DE为第二台阶,质量损失为1.6mg,求得质量损失率:现代分析测试技术现代分析测试技术 热分析技术热分析技术CuSO45H2O的的TG曲线曲线CuSO45H2O的热分解
11、行为的热分解行为研究研究曲线EF段也是一平台,相应质量为m2;曲线FG为第三台阶,质量损失为0.8mg,可求得质量损失率可以推导出可以推导出CuSO45H2O 的脱水方程如下:的脱水方程如下:第二次理论质量损失率也是14.4%;第三次质量损失率为7.2%;固体剩余质量理论计算值为63.9%,总失水量为36.1%。理论计算的质量损失率和TG测得值基本一致。根据方程,可计算出CuSO45H2O的理论质量损失率。计算结果表明第一次理论质量损失率为14.4%14.4%7.2%验证:验证:验证:验证:1、概念、概念是在程序控制温度下测量物质与参比物之间温度差物质与参比物之间温度差与与环境温度环境温度关系
12、的一种技术。2、基本原理、基本原理背景知识背景知识背景知识背景知识:试样发生任何物理物理或化学变化化学变化,都会释放或吸收的热量使试样温度发生变化。现代分析测试技术现代分析测试技术 热分析技术热分析技术如相转变、熔化、如相转变、熔化、结晶、升华等结晶、升华等氧化还原反应、断裂与分解反应、脱氢反应、晶格破坏时以及其他化学反应等把被测试样和参比物置放在同样的热条件下进行加热或冷却,记录试样在某一特定温度下发生物理化学反应引起热效应的变化,得到差热曲线,即DTA曲线。参比物应是惰性材料惰性材料,即在测定的温度范围内,不产生任何热效应(放热、吸热)的材料,如:A12O3、石英、硅油等。差热仪炉子供给的
13、热流为Q试样无热效应时:QSQRTS=TRT=0试样吸热效应时:(Qg)SQRTSTRT0峰向下试样放热效应时:(Qg)SQRTSTRT0峰向上0+-TA3 3 DTADTA曲线曲线曲线曲线纵坐标:温差(T)横坐标:温度T(或时间t)基线基线T近于零(图中的AB、DE段);峰峰BCD;峰宽峰宽BD;峰高峰高CF;峰面积峰面积BCDB;外推起始点外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与基线延长线的交点(G)向下表示吸热过程向下表示吸热过程向上表示放热过程向上表示放热过程若试样不发生热效应,在理想情况下,试样温度和参比物温度相等,T0,差示热电偶无信号输出,记录仪上记录温差的笔仅划一条直线(即基线
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 现代分析测试技术 热分析技术 现代 分析 测试 技术
限制150内