热重实验报告

1、东北大学实验报告班级：姓名：学号：实验日期：分组实验名称：实验四热重曲线的测试和应用(考勤：满分10分，实验操作：满分20分，实验报告：满分70分)考勤：实验操作：实验报告：总成绩：一、实验目的(5分)1 . 了解HCT-2综合热分析仪的基本构造及一般原理。2 .掌握HCT-2综合热分析仪的试样制备方法、测试技术及影响测量准确性的因素。3 .掌握热重曲线定性和定量处理方法，并能够对实验结果做出相应分析。二、实验原理及影响热重曲线测试结果准确性的因素(10分)热重分析法：热重分析法(thermogravimetric analysis , TG)是在程序温度控制下，测量物质的质量随温度变化的一种

2、实验技 术。热重分析的测量原理是当堪期中试样因热产生质量变化时，热天平通过改变线圈与磁铁间作用力的大小和方向，在热天平系统中消除因试样质量变化引起的位移，使天平恢复初始调节的平衡位置。因此，只要测量通过热天平系 统中的热重平衡线圈的电流的大小变化，就能准确知道试样质量的变化情况。一般有静态法和动态法两种类型：静态法是在恒温下测定物质质量变化与温度的关系，将试样在各给定温度加 热至恒重，该法用来研究固相物质热分解的反应速率和测定反应速度常数。动态法是在程序升温下测定物质质量变 化与温度的关系，采用连续升温连续称重的方式。本实验采用的是动态热重分析法，其主要由精密天平、加热炉和 控制单元组成。加热

3、炉由温控加热单元给定速度升温，温度由测温热电偶输出热电势，放大后送入计算机进行处理。炉中试样质量变化由天平测量记录，天平变化由光电传感器转化为电信号，放大后送入计算机进行处理。计算机根 据测得数据自动进行绘图处理。由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线称为热重曲线(TG曲线)。曲线横坐标为温度，纵坐标为质量,如热分解反应 A(s) -B(s)+C(g)热重曲线如图1所示。图中Ti为起始温度，即累积质量变化达到热天平可检测的温 度。丁2为终止温度，即累积质量变化达到最大值时的温度。热重曲线上质量基本不变的部分称为基线或平台。若试 样初始质量为 W。，失重后试样质量为 Wi,则失重百分数为：W%

4、W°Wi100%(1)物质在加热过程中会在某温度下发生分解、脱水、氧化、还原和升华等一系列的物理化学变化而出现质量变化,因此可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变发生质量变化的温度及质量变化百分数随物质的结构和组成而异,化过程，推测反应机理及产物。影响热重曲线的因素：1 .仪器的影响塔期的影响热分析用的增弱材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，既不能有反应活性，也不能有催 化活性。挥发物再冷凝的影响试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了食品，而且还使测得的失重量偏 低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形，

5、使测定不准，也不能重复。为解决这个问题可适当向热天平通适量气体。浮力的影响热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。2.操作条件的影响升温速率的影响这是对TG测定影响最大的因素。升温速率越大温度滞后越严重，开始分解温度Ti及终止分解温度 Tf都越高。温度区间也越宽。一般进行热重法测定不要采用太高的升温速率，对传热差的高分子物试样一般用510C/min,对传热好的无机物、金属试样可用 1020C/min ,对作动力学分析还要低一些。气氛的影响在流动气

6、氛中进行 TG测定时，流速大小、气氛纯度和进气温度等是否稳定，对TG曲线都有影响。一般，气流速度大，对传热和逸出气体扩散都有利，使热分解温度降低。试样用量、粒度和装填情况的影响。粒度愈小，比表面积愈大，反应速率愈快，TG曲线上的起始温度和终止温度降低，反应区间较小。而试样颗粒度过大往往也得不到较好的TG曲线。因此，一般样品粒度应控制在100-300目。试样用量多时，试样内部形成的温度差大，当表面达到反应温度时，内部还需经过一定的时间才能达到反应温度。一般而言，试样用量增加会使TG曲线向高温方向偏移，少量试样可得到较明显的热峰。试样装填情况首先要求颗粒均匀，必要时要过筛。三、实验仪器及规格（5分

7、）实验仪器：仪器：HCT-2型TG-DTA综合热分析仪（见图 2）。其主要由精密天平、加热炉、热电偶和控制单元组成。图2 HCT-2型TG-DTA综合热分析仪8规格：士 0.5 温度：工作温度 RT1450C；升温速率：0.lC/min80C/min ；温度准确度： ±0.3;温度重复性: 天平：天平测量范围：1mg200mg;四、试样制备（5分） 粉体试样粒度一般为 100 S00目之间；聚合物可切成碎块或碎片；纤维状试样可截成小段或绕成小球；金属试样可加工成碎块或小粒。五、实验步骤（10分）1 .开启主机电源，整机预热 30分钟。2 .采用精密天平称取 10-30mg的样品装入陶

8、瓷塔期。（试样体积一般不超过增蜗容积的五分之四，对于加热 时发泡试样不超过增蜗容积的二分之一或更少，或用氧化铝粉末稀释，以防发泡时溢出增竭）。堪期装样后，可在 桌面轻墩几下，防止装样时洒落样品。3 .装炉：双手轻轻抬起加热炉（注意用力均匀），然后以左手为中心，右手轻轻旋转炉子，露出等臂天平。左 手轻扶炉子，用左手拇指扶着右手拇指，防止右手抖动。用右手将参比物放在天平左边的托盘，测量物放在右边的 托盘。最后双手轻轻放下炉体。5min后，待炉膛温度均匀后即可进行数据采集。4 .打开电脑，启动热分析软件：点击 开始-所有程序-HJ热分析工具”或者双击桌面HJ热分析工具图标启动 HJ热分析工具，显示软

9、件主界面。5 .新建采集：文件”-新采集”设置实验参数-检查-确认后即可自动进行测量。6 . 打开冷却水，对炉体降温。7 .若需气体保护，则在装样后测量前至少通1h保护气（调节气源出气口压强在0.04MPa-0.05MPa ,即柱高为50-55），以排尽炉内空气。8 . 当试样达到预置的终止温度时，测量自动停止。9 . 测试完毕，保存数据。10 . 分析数据。热重曲线分析符号的涵义：W:试样质量，开始采集时填入的试样质量。dW：失重量，所选区段重量改变量，WrWl。%:失重百分比，重量变化（dW）在试样质量（W）中所占的比例。Wl:左边界质量，分析起始点时的失重量。Wr：右边界质量，分析终止点

10、时的失重量。Te：外推起始温度，台阶斜率最大的一点作切线与外延基线的交点。Ti:拐点温度，台阶斜率最大的一点，此点二阶微分为0。Tc：外推终止温度，台阶斜率最大的一点作切线与外延基线的交点。T1%, T5%, T10%, T50%:失重1%, 5%, 10%, 50% （相对于试样质量）时的温度。11 . 关闭计算机，待炉温冷却后，再关冷却水，关闭设备，关气瓶。12 . 实验结束，收拾实验台。六、注意事项（5 分）1被测样品应在实验前碾成粉末，一般粒度在100-300 目。装样时，应在实验台上轻轻敲几下，以保证样品之间有良好的接触。2. 放坩埚用镊子搁放，动作要轻巧、稳、准确，切勿将样品洒落到

11、炉膛里面。3. 试样装炉时，一定要轻拿轻放，旋转到位，否则容易损坏热天平支撑杆。4. 为了将热量从仪器中移除，必须对炉子进行冷却。5. 炉体在任何时候均禁止用手触摸，以防烫伤。6. 由于电磁场会干扰非常灵敏的测量信号产生假象，所以实验过程中避免带磁性物质（比如使用移动电话）接近仪器，同时避免在仪器附近走动（因为一方面当气流不稳定时，也会造成热重曲线的抖动，二方面人体带有静电）。七、数据处理及分析（10 分）材料：草酸钙Te=155.04Ti=17.40HI-5 1升温路径：25-900 C升温速率10C/min样品质量：10.55mglc=18l*44%=-l2>73dW=-L34w=l

12、(L5520。反应方程式 CaC2O4?H2O=CaCO4+H2O TCaQO4 =CaCO+COTCaC。=CaO+CO2 TCaQO4?H2O相对分子质量为 146第一次质量变化：理论失重量是实际失重量为第二次质量变化：理论失重量是实际失重量是第三次质量变化：理论失重量为实际失重量是Te=439.86 Ti=454J2 Tc=465.44 %=-19.91 dW=-2J0 w=10.55400T()18/146=12.3%1.34/10.55=12.7%28/146=19.2%2.1/10.55=19.9%44/146=30.1%23.31/10.55=31.34%TE39.78 Ti=7

13、7234 Tc=790,54 %=-3134 dW=-331 n=10.55600800实际失重量与理论失重量相近，说明材料发生的反应与上述方程式一致，与实际相符。八、两道思'考题（10分）1 .简述HCT-2综合热分析仪的结构组成及测量意义。其主要由精密天平、加热炉、热电偶和控制单元组成。可得测量物质质量随温度的变化，再根据相应分子式等推断出反应机理，以及物质将在什么温度反应，以便于 对物质做干燥处理时控制好温度，不使物质发生化学反应等。2 .影响热重曲线测量结果的主要因素分别有哪些？（1）仪器的影响：堪竭材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，既不能有反应活性，也不能

14、有催化活 性；挥发物再冷凝，试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了食品，而 且还使测得的失重量偏低， 待温度进一步上升后， 这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形，使测定不准，也不能重复；浮力的影响，热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就 是试样的表观增重。热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。（2）操作条件的影响：升温速率的影响，升温速率越大温度滞后越严重，开始分解温度 Ti及终止分解温度 Tf都越高。温度 区间也越宽。一般进行热重法测定不要采用太高的升温速

15、率，对传热差的高分子物试样一般用510c /min,对传热好的无机物、金属试样可用1020C/min,对作动力学分析还要低一些。气氛的影响，在流动气氛中进行TG测定时，流速大小、气氛纯度和进气温度等是否稳定，对 TG曲线都有影响。一般，气流速度大，对传热和逸出气体扩散都有利，使热分解温度降低。试样用量、粒度和装 填的影响，粒度愈小，比表面积愈大，反应速率愈快，TG曲线上的起始温度和终止温度降低，反应区间较小。而试样颗粒度过大往往也得不到较好的TG曲线。因此，一般样品粒度应控制在100-300目。试样用量多时，试样内部形成的温度差大，当表面达到反应温度时，内部还需经过一定的时间才能达到反应温度。一般而言，试样用量增加会使 TG曲线向高温方向偏移， 少量试样可得到较明显的热峰。试样装填情况首先要求颗粒均匀，必要时要过筛九、测t龙题（10分）1 .热重分析法是在程序控制温度下测量物质的（ A）关系的一种分析技术。所得到的曲线称为热重曲线。 A.质量与温度B.转化率与温度C.电势与温度D.热量与温度2 .热重分析、差热分析、差示