热分析技术及应用参赛作品

1、 热分析技术及应用热分析技术及应用 2013-07-092013-07-09目录目录热分析概述热分析概述常用的热分析方法常用的热分析方法热分析应用领域范围热分析应用领域范围差示扫描量热仪（差示扫描量热仪（DSC）原理及应用）原理及应用热重分析（热重分析（TGA）原理及应用）原理及应用热分析技术的联用热分析技术的联用什么是热分析？什么是热分析？热分析技术的基础热分析技术的基础 物质在加热或冷却过程中，随着其物质在加热或冷却过程中，随着其物理状态物理状态或或化学状态化学状态的变化（如的变化（如熔融、升华、凝固、脱水、氧化、结晶、相变、化学反应等），通常伴熔融、升华、凝固、脱水、氧化、结晶、相变、化

2、学反应等），通常伴随有相应的随有相应的热力学性质热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）或（如热焓、比热、导热系数等）或其它性质其它性质（如（如质量、力学性质、电阻等）的变化，因而通过对质量、力学性质、电阻等）的变化，因而通过对某些性质（参数）的测某些性质（参数）的测定定可以分析研究物质的可以分析研究物质的物理变化或化学变化过程物理变化或化学变化过程。程序温度阐述程序温度阐述常用的热分析方法常用的热分析方法应应 用用 在上述热分析技术中，热重法在上述热分析技术中，热重法(TG)(TG)、差示扫描量热法、差示扫描量热法(DSC)(DSC)应用最为广泛。应用最为广泛。 范围：研究无机物（金属、矿物、

3、陶瓷材料等）范围：研究无机物（金属、矿物、陶瓷材料等）有机物、有机物、高聚物、药物、络合物、液晶和生物高分子等的物理变化高聚物、药物、络合物、液晶和生物高分子等的物理变化（如晶型转变、熔融、升华、吸附等）和化学变化（脱水、（如晶型转变、熔融、升华、吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。分解、氧化和还原等）。 应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、陶瓷、建材、应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、陶瓷、建材、生物化学、药学、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、生物化学、药学、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、考古、食品等考古、食品等差示扫描量热仪（差示扫描量热仪（DSC）原理）原理 典型

4、的典型的DSCDSC曲线曲线以热流率（以热流率（dH/dt）为纵坐）为纵坐标、以时间（标、以时间（t）或温度（）或温度（T）为横坐标，即为横坐标，即dH/dt-t（或（或T）曲线。曲线。峰或谷包围的面积峰或谷包围的面积：代表热：代表热量的变化量的变化差示扫描量热法可以差示扫描量热法可以直接直接测量样品在发生物理或化学变化时的测量样品在发生物理或化学变化时的热效应热效应。实际的放热峰差热曲线实际的放热峰差热曲线A：反应起始点，温度：反应起始点，温度为为Ti；B：峰顶，温度为：峰顶，温度为Tm，反应在反应在BC段某一点结束段某一点结束C：温度为：温度为Tf，无实际意，无实际意义义BD：为峰高，试样

5、与参：为峰高，试样与参比物之间最大温差。比物之间最大温差。DSC测量时影响因素测量时影响因素b. b. 升温速率影响峰温的位置和峰面积的大小升温速率影响峰温的位置和峰面积的大小快的升温速率快的升温速率：峰面积变大，峰尖锐峰面积变大，峰尖锐。体系偏离平衡。体系偏离平衡条件的程度大，条件的程度大，易使基线漂移易使基线漂移, ,并导致并导致相邻两个峰重叠相邻两个峰重叠，分辨力下降。分辨力下降。慢的升温速率慢的升温速率：基线漂移小，体系接近平衡条件，得：基线漂移小，体系接近平衡条件，得到宽而浅的峰；相邻两峰更好地分离，分辨力高。到宽而浅的峰；相邻两峰更好地分离，分辨力高。 a. 气氛的影响气氛的影响

6、不同性质的气氛如氧化性、还原性和不同性质的气氛如氧化性、还原性和惰性气氛对差热曲线的影响很大，惰性气氛对差热曲线的影响很大，DSC测量时影响因素测量时影响因素c.c.试样用量和颗粒度试样用量和颗粒度试样用量：试样用量：用量大用量大易使相邻两峰重叠易使相邻两峰重叠，降低了，降低了分辨力。一般尽可能减少用量，最多大至毫克。分辨力。一般尽可能减少用量，最多大至毫克。样品的颗粒度：样品的颗粒度：在在100100目目200200目左右，颗粒小目左右，颗粒小可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的结晶度。参比物的颗粒、装填情况及紧密程度结晶度。参比物的颗粒、装填情况

7、及紧密程度应与试样一致，以减少基线的漂移。应与试样一致，以减少基线的漂移。 高分子的高分子的Tm分析分析-结晶度计算结晶度计算DSC进货原材料应用进货原材料应用-熔点的测试熔点的测试热重分析（）基本原理热重分析（）基本原理热重分析：在程序控温下，测量物质的热重分析：在程序控温下，测量物质的质量质量与温度或时间的关系与温度或时间的关系的方法，通常是测量试的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。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、恒温法典型的典型的TGTG曲线（一步反应）曲线（一步反应） TG TG曲线解读曲线解读热重曲线中，水平部分表示热重曲线中，水平部分表

8、示重量恒定重量恒定，曲线斜率发生，曲线斜率发生变化的部分表示变化的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，从而判断试样的热分解机理和各步的分解失重分数，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。产物。还可看出热稳定性温度区，反应区，反应所产生的中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。间体和最终产物。典型的DTG 曲线-微商热重曲线两步反应两步反应DTGDTG曲线解读曲线解读DTGDTG曲线的峰顶曲线的峰顶d d2 2W/dtW/dt2 2=0=0，即失重速，即失重速率的最大值，它与率的最大值，它与TGTG曲线的拐点相对曲线的拐点相对应。应。DTGDTG曲线上的峰的数目和曲线上的峰的数目和TGTG曲线的台阶曲线的台阶数相等数相等DTGDTG曲线上的峰面积与失重量成正比曲线上的峰面积与失重量成正比。影响影响TG曲线的因素曲线的因素a. 浮力及对流的影响浮力及对流的影响b. 挥发物的再凝聚挥发物的再凝聚c. 试样与称量器的反应试样与称量器的反应d. 升温速度的影响升温速度的影响e. 试样的用量及力度试样的用量及力度f. 环境气氛环境气氛 热分析法在材料研究中的应用热分析法在材料研究中的应用材料的热分解材料的热分解 结晶硫酸铜结晶硫酸铜(CuSO45H2O)的脱水的