2023年差热分析实验报告

差热分析实验报告

一、引言

差热分析（DTA）是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。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。描述这种关系的曲线称为差热

曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差重要取决于试样的温度变化，因此就其本质

来说，差热分析是一种重要与焰变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。

A二、实验目的

1、了解差热分析的基本原理和实验基本环节。

2、测量五水硫酸铜和锡的差热曲线,并简朴计算曲线峰的面积。

三、实验原理

物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，与此同时，往往还随着吸热或放热现

象。随着热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、

分解、脱水和离解等化学变化。另有一些物理变化,虽无热效应发生但比热容等某些物理性质

也会发生改变，这类变化如玻璃化转变等。物质发生焙变时质量不一定改变，但温度是必然会

变化的。差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术。

若将在实验温区内呈热稳定的已知物质（参比物）和试样一起放入加热系统中（图1），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。若试样发生放热变化，由于热量不也许

从试样瞬间导此于是试样温度偏离线性升温线,且向高温方向移动。反之,在试样发生吸热变

化时，由于试样不也许从环境瞬间吸取足够的热量，从而使试样温度低于程序温度。只有经历

一个传热过程试样才干回复到与程序温度相同的温度。

图1加热和测定试样与参比物温度的装置示意图

在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相同的抱负情况，用图1装置测得的试样和

参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图2所示。图中参比物的温度始终与程序温

度一致，试样温度则随吸热和放热过程的发生而偏离程序温度线。当Ts—TR=AT为零时，因

中参比物与试样温度一致，两温度线重合，在AT曲线则为一条水平基线。

图2线性程序升温时试样和参比物的温度及温度差随时间的变化

试样吸热时ATV0,在AT曲线上是一个向下的吸热峰。当试样放热时AT〉。，在AT

曲线上是一个向上的放热峰。由于是线性升温，通过了T-t关系可将AT-t图转换成AT—T

图。AT-t（或T）图即是差热曲线，表达试样和参比物之间的温度差随时间或温度变化的关系。

差热曲线直接提供的信息有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数。由它们不仅可以对物

质进行定性和定量分析,并且还可以研究变化过程的动力学。

曲线上峰的起始温度只是实验条件下仪器可以检测到的开始偏离基线的温度。根据KTA的

规定,该起始温度应是峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所相应的温度。若不考虑不

同仪器的灵敏度不同等因素,外推起始温度比峰温更接近于热力学平衡温度。

由差热曲线获得的重要信息之一是它的峰面积。根据经验,峰面积和变化过程的热效应有

着直接联系,而热效应的大小又取决于活性物质的质量。Speil(斯贝尔)指出峰面积与相应过程

的焰变成正比:

m„\H

A=「NTdt=Kg2)=KQp

g入

式中，A是差热曲线上的峰面积，由实验测得的差热峰直接得到，K是系数。在A和K值已知后,

即能求得待测物质的热效应QP和焰变AH。

四、实验仪器

1、计算机一台，差热分析仪一台

2、三氧化二铝(AI2O3)样品，五水合硫酸铜(CuSOj5H2。)样品，锡(Sn)样品

五、实验内容

1、启动计算机,打开差热分析程序。

2、将三氧化二铝和五水硫酸铜样品放进炉子，降下炉体，点击开始实验。

3、将温差置零，升温速率设为10℃/min,程序开始自动测量温度和温差的变化，观

测屏幕上的差热曲线,最后保存实验数据。

4、当差热曲线出现3个峰以后，停止实验。将升温炉升起，取出五水硫酸铜。

5、当炉内温度降后，放入锡样品，再将炉子放下,按照前面的环节开始实验。

6、在锡的一个峰出来之后的适当位置停止实验并取出样品。

7、关闭仪器和电脑。

A六、实验结果及分析

1、五水硫酸铜

差热曲线如下图所示:

从图中可以看出有三个峰,前两个峰交叠。由于基线漂移和较零的问题,差热曲线的基线并

不为零。使用origin软件对曲线进行基线校准,校准后的图如下所示

60

50

40

30

20

10

0

01i1i•।•।,।•।,।,i

050100150200250300350400

SubtractedDataX1

运用oringin分峰如下图

60.0-

52.5-

45.0-

37.5-

30.0-

22.5-

15.0-

7.5-

0.0-

04488132176220264308352396

峰面积分别为:Al=1622>A2=l789>A3=1304

三个峰的特性温度，可以运用切线计算特性温度,切线法如下图所示

E

rolc

P①

Bo

qe

sn

从图中可以看出，五水硫酸铜的三个特性温度分别为Tl=72℃、T2=l02℃>T3=230℃o

2、锡

差热曲线如下图所示

T

基线拟合后:

Subtractedfro

-20।।।।1।1।1।1।1।

50100150200250300350400

Subtracted_DataX1

用切线法计算特性温度如下图所示:

[Sn]Sn!D[363]---------Subtractedfro

Slope=4.97195

20

XT

-00

J

80n

60

4o-

-

2O-

5

100150200250300350400

SubtractedDataX1

从图中可以看此锡的特性温度为T=230°C

用origin求峰的积分为A=2041,Origin高斯函数拟合得面积为A=1992

取平均值得A=2023.

3、结果分析

（1）计算五水硫酸铜焰变

查表得AHsn=7.2kJ/mol,由于实验中用的参照样品三氧化二铝物质的量始终保持不变,

所以Spei1公式中的系数K不变，五水合硫酸铜在脱水过程中的焰变

计算得

△H,=5.79kJ/mo1、AH2=6.39kJ/mo1,AH3=4.66kJ/mo1

(2)特性温度分析

五水硫酸铜实验所得的三个特性温度分别为Tl=72℃、T2=102℃,T3=23()C,而资料显

示当五水硫酸铜分三步失水的时候，三个特性温度分别为：48℃、115C和245℃,可以看出基

本吻合，但也有较大的误差。

实验所得锡的特性温度为230℃,而锡的熔点为231.9℃,误差已经非常小了，因此可

以断定锡在实验中发生了固液相变。

七、实验误差分析

误差重要来源有两个方面

1、数据解决误差:用origin解决数据时，比如基线拟合、多峰分离以及切线拟合过程中存

在误差(许多参数是手动设定)。

2、仪器系统误差：实验设备与外界有热互换、五水硫酸铜也许部分失水、材料密度对实

验的影响等。

八、思考题

1、为什么差热峰有时向上，有时向下？

答：差热峰的方向和两个因素有关，一方面，差热分析中是以参比物还是试样为基准来算

差值(即TS—TR=AT还是TR-TS=AT);另一方面，发生的反映自身是吸热还是放热的。若以参

比物为基准，则放热时△T<0,峰向上，吸热时AT〉。，峰向下;而以试样为基准则是吸热时△”(),

峰向上，放热时ATvO,峰向下。在本次实验中以试样为基准，由于是吸热反映，因此差热峰向上。

2、克服基线漂移，可以采用哪些措施？

答：一方面，只有当参比物和试样的热性质、质量、密度等完全相同时才干在试样无任何

类型能量变化的相应温区内保持ATuO,使基线不发生漂移。参比物的导热系数受比热容、密度、

温度和装填方式等多种因素的影响，这些因素的变化均能引起差热曲线基线的偏移。即使同一

试样用不同参比物实验，引起的基线偏移也不同样。为减小试样和参比物在热性质上的明显差

异导致的基线漂移,可用试样和参比物均匀混合（