《热分析》课件：STA-TG-DSC讲座

1、2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处NETZSCHSTA/TG/DSC技术讲座北京代表处北京代表处 施巨峰施巨峰2006.052006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处提纲：1. DTA/DSC基本概念及检测原理概述2. 仪器工作条件：水、电、气、环境及其它3. 加热炉及其

2、温度控制方案(STC)4. 加热炉体的更换(STA)5. 加热炉排气口的清洗(STA)6. 抽真空系统故障及调整(STA)7. 恒温水浴、真空泵的使用及注意事项2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处一、DTA/DSC基本概念及检测原理概述2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代

3、表处热分析的引入及基本检测原理2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处对固体材料的表征 - - - 热分析 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-ma

4、il: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处信号检测方框图 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax: 010-65

5、978095 E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处数据采样方框图 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处升温程序及信号的产生2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处升温程序及信号的产生 2006杭州用户会杭州用户会Tel.: 0

6、10-65978091/92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处加入样品温度控制(STC)功能下的升温曲线 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处DSC信号的形成(一级相变) 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis-

7、 NETZSCH仪器制造公司北京代表处DTA 及 DSC 的测量原理2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-ma

8、il: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处样品出现热反应的三维热量传递及扩散：在相同坩埚条件及测试气氛下,三维方向热量传递及扩散的热阻均为固定值则在某一温度点上：热流总和Q=Q轴向向上+Q轴向向下+Q径向 =Q恒值+ Q轴向向下 =N + Q轴向向下 =N+f( T)因为样品热反应，引起样品温度变化趋势发生突变(以一级相变为例)，进而使样品坩埚至传感器之间的温度差T样品发生突变。即Q样品发生突变。而：样品发生热反应时，参比坩埚至传感器之间的温度差T参比仍然保持恒定。即Q参比不发生突变。于是：DSC= Q样品- Q参比=N样品+f( T样品)-N参比+f( T参比

9、) = (N样品- N参比)+f(T样品- T参比) =K+ f(T样品- T参比)T 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处传感器的时间常数() 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 F

10、ax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处坩埚及支架2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处3.4 cm0.19 cm2006杭州用户会杭州用户会Tel.: 01

11、0-65978091/92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:

12、92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处二、仪器工作条件要求2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处1.实验室应尽量远离振动源及大的用电设备, 室内配备空调, 以保证温度恒定。2.计算机在仪器测试时，不能运行系统资源占用较大的程序。3.保护气体(Protective)：保护气体是用于在操作过程中对加热炉或天平进行

13、保护，以防止受到样品在测试温度下所产生的毒性及腐蚀性气体的侵害。Ar、N2、He 等惰性气体均可用作保护气体。保护气体输出压力建议调整为0.05Mpa，恒定流速取决于测试要求，建议设定(DSC204及铑丝加热炉:60ml/min STA/TG:20ml/min)。开机后，保护气体开关应始终为打开状态。4.吹扫气体(Purge1 / Purge2)：吹扫气体在样品测试过程中，用作为气氛气、或反应气。可选用惰性气体，氧化性气体(如：空气、氧气等)或还原性气体(如：CO、H2等)。但应慎重考虑使用氧化性气体，当使用还原性气体时应选用适当的密封部件，特别注意相应气氛下测试的温度范围。吹扫气体输出压力建

14、议调整为0.05Mpa，恒定流速取决于测试要求及测试分解产物的多少，无分解时建议设定为20ml/min。5.动态测量模式、静态测量模式及真空测量模式：在有吹扫及保护气体时的测量为动态测量模式，否则为静态测量模式，在真空状态下进行测量为真空测量模式。为了延长仪器寿命，保护仪器部件，应尽可能使用在惰性气氛下的动态模式进行测量，慎重考虑静态及真空测量模式，尤其是真空测量模式应尽可能避免。6.恒温水浴：恒温水浴是用来保证测量天平工作在一个恒定的温度下。一般情况下，建议恒温水浴的水温调整为比室温高2C。7.真空泵： 为了保证样品测试中不被氧化或与空气中的某种气体进行反应，需要真空泵对测量管腔进行反复抽真

15、空并用惰性气体置换。一般置换两到三次即可。2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处三、加热炉及其温度控制方案(STC)2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处3.1 加热炉的对象特性:近似为一阶环节+纯滞后系统时间常数及滞后时间与加热炉炉膛容量大小及传热介质有关 炉子形状和大

16、小及加热方式决定了炉内温度均匀区域的范围及炉子的热容量炉子的内部结构(夹套等)，保温及传热介质决定了时间常数及滞后特性，从而影响了控温的稳定性。2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处3.1.2 STA加热炉:2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处3.1.3 DSC/TG

17、加热炉:2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处加热炉：加热炉：炉子形状和大小及加热方式决定了炉内温度均匀区域的范围及炉子的热容量。这些因素会影响DSCDTA曲线的基线稳定性和平直性。升温速率：升温速率：提高升温速率，会使样品中的温度梯度增大。导致热重曲线的起始温度和终止温度增加。曲线向高温方向推移。 试验气氛：试验气氛：不同的气氛以及静态或动态气氛对反应的影响可能会非常大。 样品坩埚：样品坩埚：坩埚轻，传热好，有利于克服气体产物扩散

18、困难和传热不畅造成的滞后影响。应选择对样品、中间产物、最终产物和气氛没有反应活性和催化活性的材料作为坩埚的材质。 浮力效应：浮力效应：当试样受热时，周围的气体因温度升高而膨胀造成密度变小。结果气体对样品支架及样品的浮力也随之减小，在热天平中表现为质量增加，即表观质量增加。 M表观质量增加Vd(1-273/T) 式中：V 受热区坩埚及样品支架的体积 ； d 样品周围气体在273K时的密度 ； T 热力学温度（K） 对流效应：对流效应：由于天平系统置于常温之下，而样品周围的气体受热变轻形成向上的热气流，从而引起样品的表观质量损失。特别是当加热炉顶有出气通道时，这种空气对流造成的表观质量损失尤为显著

19、。如果气体外溢受阻，上升的热气流会置换上部温度较低的气体。而下降的气流对样品支架进行冲击，从而会产生表观质量增加。样品量：样品量：样品量较多，会造成气体产物的扩散困难，容易使热重曲线终止温度向高温偏移。在热天平灵敏度范围内，样品用量尽量少为好。但为了提高测量精确度，也有增加样品量的情况。样品粒度：样品粒度：粒度越小，比表面积越大，反应速率越快，反应起止点温度降低，反应区间变小。3.2 影响测量的各种因素影响测量的各种因素2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZS

20、CH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处气体转子流量计体积换算曲线(校准气体为N2)：2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处3.3 3.3 针对不同加热炉，针对不同加热炉，STCSTC的设置建议的设置建议加热炉类型加热炉类型 温度范围温度范围 初始

21、等待初始等待 STC备注备注 Pt-RhRT to 1500C SiCRT to 1500C RhRT to 1650C Silver-120 t0 765C GraphiteRT to 2000C Water SteamRT to 120 to 1250C DSC 204-185 to 700C TG 209RT to 1000C 2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处四、 STA449C/409PC加热炉的更换2006杭州用户会

22、杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州

23、用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处200

24、6杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处五、加热炉排气口的清洗(STA)2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NE

25、TZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis-

26、 NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shin

27、is- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.s

28、hinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处六、抽真空系统故障及调整2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处故障表现：故障表现：1. 自动抽真空(AutoCycle)时，真空泵不能停止 2. 常温、常压下，有时仪器侧面的”Safty”键上的红色指 示灯亮，加热炉不能升起故障原因：故障原因：1. 抽真空系统泄漏2. 真空泵抽真空能力下降3. 电路(抽真空)参数的设置与环境条件不匹配2006杭州用户会杭州用户会Tel.: 010-6

29、5978091/92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.: 01

30、0-65978091/92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处故障现象及调整：正常情况下仪器侧面的”

31、Safty”键上的红色指示灯亮，加热炉不能升起：逆时针调整最左面电位器，直到”Safty”灯灭自动抽真空(AutoCycle)时，真空泵不能停止： 首先打开真空泵，五分钟后，检测并记录参比(R32处)电位值。然后逆时针调整最右面电位器，使得与地(GND)相邻检测点的电位值较参比电压高0.05V。2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处七、恒温水浴、真空泵的使用及注意事项2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处恒温水浴的使用及注意事项2006杭州用户会杭州用户会Tel.:92/93/98 Fax:E-mail: jufeng.shinis- NETZSCH仪器制造公司北京代表处1可制冷的恒温水浴:温度设置：室温+2C，长时间运行维 护：水要洁净，无污染。最好使用去离子水定期清除灰尘注意液位，及时补充蒸发水份长期停机(超过半个月)时，将存水放掉并清洁水池及进入水中部件2006杭州用户会杭州用户会Tel