TAM-Air水化热分析仪入门课程

TAMAir水化热分析仪入门课程TOC\o"1-3"\h\u27028一、仪器操作 212904（1）温度控制 29572（2）仪器维护和故障排除 28755（3）GPT综合性能测试 212271（4）GainCalibration增益校正 210738二、安瓿瓶及附件 38181、一次性玻璃瓶 3201662、塑料（高密度聚乙烯）安倍瓶 478073、将安倍瓶放入量热计中 4119394、安倍瓶混合部件的使用 4318045、参照EN302试验及操作规程进行的样品混合和准备工作 526003三、试验思路 53742（1）样品注意事项 54605①样品预处理 517229②样品的形状和形态 56214③考虑所有有助于反应总热量的影响因素 619729④参比样品的选择 62111四、TAMAir应用注意事项 6112541、密封安瓿瓶试验操作规程 6233581）特别注意！静态或密封安瓿瓶试验： 6285572）水化热仪的单位和前缀 6142993）安瓿瓶试验向导 619505五、关于混合安瓿瓶试验的重要信息 134255六、TAMAir在水泥中的应用实例 19一、仪器操作（1）温度控制调整TAMAIR水化热仪的恒温器温度：调整TAMAIR水化热仪温度控制功能为“开”：①点击界面左侧的设备→恒温器（Devices→Temp），选择Control选项卡，②在设定目标温度（Settargettemperature）空格中输入有效温度，点击箭头使仪器接收新值。③8-12小时内，量热计温度达到目标温度且实现完全稳定。HELP菜单下操作手册对水化热仪的产品特征有更详尽的介绍（2）仪器维护和故障排除①保持水化热仪器持续开机，以保证温度持续稳定。如果仪器关机时间长于15-20min，仪器需要在8-12小时达到目标温度且实现完全稳定。②定期检查风机过滤器。开始可以每两个月检测一次，后期如果实验室条件允许，可适当延长检测周期。（我公司空气质量较差，需每月更换过滤器，或更加频繁。）使用新过滤器代替被污染的过滤器。旧的过滤器可用水进行清洗，务必保证彻底晾干后再用。扇形过滤器位于水化热仪的底部。（3）GPT综合性能测试·综合性能测试（GPT）用来验证仪器性能，并且是解决量热计问题的首要操作步骤。综合性能测试期间，量热计内部不能有任何样品瓶。·打开一个新的试验（NewExperiment）（左上角），·选择“Validation”选项。·选择所有量热计通道，设定最初暂停时间（点击开始，达到这个时间测试将启动）。·综合性能测试从启动开始，需要大约30小时来完成。·综合性能测试结果分析可参照操作手册进行。（4）GainCalibration增益校正①校正周期：建议每三个月/TAM关闭电源/测试温度经过调整。例如：·改变实验条件（如更换安瓿瓶类型）：校正可以在不加载安瓿瓶的条件下进行。或使用适当的样品和参考安瓿瓶在测试通道进行校正。②增益校正程序：·点击左侧的量热计设备Devices→470(8chennelcalorimeter)，在右侧选择‘Control’选项卡，将八个量热计通道全部选中。强烈建议执行校准量热计操作时校正所有通道，因为量热计内部串联，即使部分通道都不使用，也应全部校正。·开始校正之前应等待所有通道得到一个稳定的基准信号。一旦稳定，点击‘Performgaincalibration’按钮。增益校正需要大约55min，校正期间按钮将显示为’Abortgaincalibration’中止增益校正，并且在右侧显示剩余时间。注意：在量热计通道四周的红线表示该通道有不间断试验正在进行。进行增益校正前必须停止试验，增益校正才能开始。·增益校正完成后，检查每个通道的增加（gain）和补偿（offset）值。分别选择每个通道来观察校准值。·建立参数登记台账，在外部表格中记录增益、补偿、温度和增益校正的日期等。·历史校准数据可以用于监测仪器状态和仪器的任何变化，以此判断设备是否需要维护或清洗。·增益校正数值也将列在所有试验结果文件中。·对于具体的量热计来说，在相同条件下的增益值应在0.95-1.05之间。根据最后的基线调整补偿值会有所不同。安瓿瓶及附件一次性玻璃瓶一次性玻璃瓶（20ml）使用时在量热计外部进行样品混合、密封。·将玻璃瓶及内部样品放平，把铝盖放在瓶口上，确保瓶口清洁。·使用压盖器将瓶口密封，使瓶口边沿弯折90°，试图旋转瓶盖确保瓶盖密封。·使用定心工具在瓶盖上形成一个凹槽，这个凹槽将为瓶盖提手做准备。·将金属环旋转入瓶盖凹槽。试验结束后请勿丢弃金属环。塑料（高密度聚乙烯）安倍瓶一次性塑料瓶（20ml）使用时在量热计外部进行样品混合、密封。该塑料瓶只能用于TAMAir。先将样品放入安倍瓶内，拧紧瓶盖，安装挂钩。确保将安倍瓶外部样品擦拭干净再放入量热计中。试验结束后切勿丢弃挂钩。将安倍瓶放入量热计中首先，注意仪器上标注的“A”和“B”，分别代表样品通道和参考通道。放入样品时，首先将黑色盖子移开，然后取出量热计金属盖，将样品瓶放入或取出，然后将量热计金属盖和黑色盖子复原。安倍瓶混合部件的使用安倍瓶混合系统是适用于带电机和不带电机的开放式混合系统。·可从样品在量热计中混合开始记录热流量。·可设计为水泥与水的混合，或者液体与液体的混合·必须使用一次性玻璃安倍瓶（20ml）·塑料搅拌器可以替换和一次性使用。·每个注射器量程为1ml，最多使用两个注射器。注射器材质为：聚丙烯针管，硅胶塞、不锈钢针头。·为测试水泥早期水化放热量，在水泥混合和准备工作中请参照EN302试验及操作规程。参照EN302试验及操作规程进行的样品混合和准备工作·建议试验前，在量热计外部尝试混合样品，以确保样品能够充分混合。·将注射器浸润到溶剂中，抽吸溶剂，排除针管顶部的死体积（图1）。·清除注射器中的气泡、调整溶剂体积（图2），为获得最准确的精度，建议使用精密天平进行去皮称量的方式称取溶剂。·将注射器向上提，抽取约0.1ml空气，然后在针头出涂少量凡士林（图3），凡士林可以起到密封作用，放置样品平衡期间产生蒸发或吸附。·将塑料搅拌器插入搅拌杆中央（图4）。·将称量好的样品放入玻璃安倍瓶，然后将搅拌配件安装到安倍瓶上。·将混合系统放入TAMAir中，等待60~120min使仪器平衡。三、试验思路（1）样品注意事项①样品预处理样品放入量热器时是否处于平衡状态？试验材料测试前必须在试验温度下存放至少24h，这对试验重现性非常重要。②样品的形状和形态判断反应是否会均匀或扩散控制？可以尝试样品制备成粉状、膜、颗粒或样品有不同质量、厚度或比表面积等。例如，应用不同颗粒大小或表面积，但是相同数量的样品或样块。如果两个不同的样品比热流(μW/g)相同，说明表面积对反应的影响是不明显的。热流是测试反应速率的指标，但是如果反应的比热（J/g）相同，但是反应的时间尺度不同，那么表面积对反应有象征性的影响。③考虑所有有助于反应总热量的影响因素TAM可以感应到所有的化学或物理的反应进程中的热量。因此，检测到的热流可能是几种不同因素造成的。可以通过改变试验条件来区分不同进程对热流贡献的影响。设计一个空白试验做参考。如果使用密封瓶，应使用相同型号的瓶做为参比瓶。可将惰性试样放于参比瓶中。建议寻找与测试样品热容最为接近的样品作为参比样，最终使参比瓶中样品热容与样品瓶中混合样品的比重一致。四、TAMAir应用注意事项1、密封安瓿瓶试验操作规程1）特别注意！静态或密封安瓿瓶试验：制作样品前首先应打开TAM微量热仪，保证仪器连接电脑并能在电脑上监视数据。密封安瓿瓶试验过程，按照向导试验时，应保证测试样品瓶与参比瓶同时放入测量通道内。如果执行混合安瓿瓶试验，跳过各自的执行章节（30min的等待时间）。2）水化热仪的单位和前缀·前缀：在所有的字段中，标准的国际制单位前缀均可用，例如‘m’表示milli（毫米），u表示micro（微米），n表示nano（纳米） 快捷键CRTL+ALT+m就可以输入微米符号（u）·时间单位：‘s’表示秒，‘m’表示分钟，‘h’表示小时，‘d’表示天。所有字段默认情况下都将以秒进行显示，除非刻意更改。例如：默认情况下，基线稳定标准设定单位为W,时间为秒。只需调整前缀，然后在其他任意字段单击，就可以激活新值。这可以很好的应用于试验开始前检查所有字段的单位是否正确。3）安瓿瓶试验向导①启动向导：从File菜单选项卡选择’NewExperiment’或直接点击左侧工具栏下方的按钮。在打开的对话框左侧的分支中选择‘Ampoule’，单击右侧的ampoule按钮。输入设计的试验名称、文件存放路径及操作人员。总之，试验开始前必须输入一个名称或缩写，然后单击’OK’。注意：NewExperiment图标将显示在Experiment选项卡下面。②当显示“welcome…”界面时，直接点击”NEXT”继续。这时需要注意的是选择需要进行试验的通道，选中的通道将变成绿色。③下一步是输入各通道样品备注，也可以稍后进行或试验结束后进行。跳过这个环节将有利于直接在基线环节进行样品的混合和称量工作。如果现在未进行标记，则可在试验开始后，点击‘Results’菜单，在‘Experimentinfo’中输入样品信息。试验过程中输入样品重量才能获得标准化信号。例如水泥样品，总质量可以输入水泥浆的质量，实际质量则需要输入“干水泥”的质量。在每个通道中，可以将混合样品的各组分分开来表示。点击右手边的“+”号，就可以添加组分，利用“∨”向下箭头就可以在菜单中选择组分，然后分别添加各自的信息。然后点击“NEXT”。拿水泥样品为例，干水泥（粉末）标记为组分1，水标记为组分2。④定义标准化信号，点击”NEXT”继续。如水泥样品，仪器信号可以定义为水泥干粉末的重量，即输入的组分1的重量。⑤回顾样品信息，查看向导之前的视图，检测是否有信息需要更改。所有设置都正确，点击”NEXT”,按照向导至中设定的值开始试验。⑥定义初始基线为15~30min，等待稳定性准则低于4µW/hr的斜率，以及所显示的4µW的标准偏差。这些条件都是默认的对TAMAIR比较温和的条件。点击“NEXT”继续。注：系统稳定性准则取决于系统及试验条件，它将由用户来制定在基线采集前可接受的稳定性标准。⑦如果信号不稳定，将出现“等待基线视图””Waitingforinitialbaseline”。一旦满足条件，将开始采集初始基线。⑧试验仪器准备已经完成，试验可以准备开始。屏幕出现选项：“样品已经放入通道”，此时该选项前面的复选框应为空。点击“开始”按钮。⑨初始基线将在制定的时间内收集。从基线采集开始，时间将开始倒计时、基线颜色将变为绿色。注意：这时，通道内还没有安瓿瓶。⑩在通道外部将样品进行混合，同时记录加水和搅拌时间。样品混合搅拌、放入通道的时间不应大于2min。eq\o\ac(○,11)称量并密封安瓿瓶，然后放入TAMAir水化热仪。同时，放入各自的参比安瓿瓶。在‘Lowersample…’界面，点击‘Mark’按钮，这时将出现‘MeasuringPosition’“测量位置”标记，并开始45min倒计时。如果之前质量信息输入不完整，可以在‘Results’选项卡中补充各通道的质量数据。如果有需要，可以将后面的’experimentalwizard’试验向导中进行校正。eq\o\ac(○,12)这时，将密封好的安瓿瓶放入通道中。由于安瓿瓶和量热器内部存在温度差异或放入安瓿瓶导致的摩擦，可以观察到屏幕上将出现较大的热流波动。’Waitingforsignaltobeconsideredcorrect’步骤在确认稳定或正确前，将默认为45min倒计时。这段时间，数据线显示为灰色。eq\o\ac(○,13)45min后，信号自动确认，数据线显示为红色。——根据安瓿瓶类型不同，‘Signalcorrect’信号确认时间可以在试验向导中进行适当调整。标准的45min是针对玻璃安瓿瓶设定的，塑料安瓿瓶可调整为25-30min。eq\o\ac(○,14)信号确认在整个试验向导中是最关键的步骤。TAMAir水化热仪将持续收集数据，直到点击‘EndMain’按钮，或在‘Specifymainduration’对话框中设置特定是采样时间。eq\o\ac(○,15)主要采样时间点完成后，需要设置后基线时间15-30min，并且设置稳定性准则为4μW/hr的斜率，和4μW的标准偏差。这些都是TAMAir的默认设置。eq\o\ac(○,16)取出安瓿瓶，以便在相同条件下采集初始基线。eq\o\ac(○,17)点击’NEXT’按钮，等待稳定性信号同时收集基线信息。信号线在基线阶段将再次变绿。eq\o\ac(○,18)通过拖动时间标记或在相应的区域输入时间来调整时间标记。——请选择一致的时间标记，因为这将影响到时间轴图谱对照的比较——如果使用塑料安瓿瓶，’Signalcorrect’时间校正标记可以调整为25min1s（默认为45min）如图所示：EQ\o\ac(○,19)选定试验数据压缩。TAMAir试验助手将默认使用6000个等距的点来代表数据文件。在结果菜单下已给出了文件大小和预估时间内的数据点的数量。如果试验时间很长并且数据点之间的时间无法接受，可以添加更多的数据点火使用‘Adaptive’合适的数据拟合。EQ\o\ac(○,19)a拖动缩放按钮，对比由真实数据简化后形成的数据曲线。这时，默认数据点增加到7500，每10秒钟记录一个数据点，文件大小2.34MB。点击“Next”。EQ\o\ac(○,20)点击“Finish”得到结果文件（.rslt）结果文件图标显示在“Resultsanddatafiles”标签下面。关于混合安瓿瓶试验的重要信息·打开TAM向导，在放入任何样品之前使电脑接收TAMAir信号。·对于混合安瓿瓶试验，请在开始试验向导之前将所有安瓿瓶放入量热计。·这里强调的是首先将混合型安倍瓶放入量热计，并且在开始试验向导之前等待60~120min。这样做是为了在不同试验之间实现更好的重现性。与塑料安倍瓶一样，在菜单栏或工具栏按钮打开新实验。选择试验图标，输入试验名称、保存路径、操作者信息，点击OK保存。试验图标将显示在“experments”标签下方。当屏幕显示“Welcome...”，点击“Next”继续。这时请选择需要进行试验的通道，选中后，通道变成绿色。下一步是输入每个通道的样品信息。这时自从混合型安倍瓶放入通道中，信号在基线或接近基线处。因此，此时需输入所有样品信息。在每个通道中，可以将混合样品的各组分分开来表示。点击右手边的“+”号，就可以添加组分，利用“∨”向下箭头就可以在菜单中选择组分，然后分别添加各自的信息。然后点击“NEXT”。拿水泥样品为例，干水泥（粉末）标记为组分1，水标记为组分2。定义标准信号基数，点击next继续。对于水泥样品可以使用干水泥样品重量作为信号基数，即输入在component1中。在试验向导中回顾样品信息和各视图的信息，查看是否需要更改。所有信息得到确认后，点next，根据实验向导中定义的参数开始试验。定义初始基线等待15~30min，以实现稳定原则：斜率低于4uW/hr，标准偏差小于4uW。这些默认参数对TAMAir是相对温和的。点击next。系统稳定性判断条件可根据仪器系统和试验条件而改变。实现实验者可接受的基线稳定性即可。请确认样品放入通道后没有造成热流量，可以比较空白通道的热信号进行盘点。如果条件不满足设定的基线稳定条件，将会出现“Waitingforinitialbaseline”画面。一旦条件满足将开始采集基线。试验装置设置完毕，试验即将开始。因此需要勾选“Sample(s)alreadyinsertedintocalorimeters”初始基线将在定义的时间内开始采集，注意屏幕左侧的倒计时和基线颜色，基线采集期间颜色将变为绿色。此时应注意混合型安倍瓶等待时的基线的真实性，因为如果注射器内的水分扩散或渗漏至玻璃安倍瓶中，则你得到的是一条假基线。混合型安倍瓶已经放入通道中，当使用混合型安倍瓶时，试验向导中这一步是不必要的。直接在“Lowersample”界面点击“Mark”，将出现“MeasuringPosition”标记和45min的倒计时。点击“Skipandmark”（跳过并标记）键，然后运行30-60秒，在这期间“Signalcorrect”（信号确认）键出现，曲线变成红色。后期可以在试验向导中移动时间标记，使试验之间的时间轴一致。在试验向导的信号确认阶段“signaliscorrect”是试验的关键步骤。这时，将注射器中的液体样品注入安倍瓶，并按照指定的规程小心搅拌。注意搅拌一定不要过于激烈，因为摩擦可能会造成附加的热量。TAMAir将持续采集数据，直至点下“EndMain”键，或者在“Specifymainduration”按钮下设置剩余时间。注意：应在试验之前，在通道外部尝试试验查找搅拌条件，以实现充分搅拌而且不过于激烈。如果希望得到后基线，可以在这一步设置，如果不需要，可直接跳转至第16步。主要采样时间点完成后，需要设置后基线时间15-30min，并且设置稳定性准则为4μW/hr的斜率，和4μW的标准偏差。这些都是TAMAir的默认设置。14、取出安瓿瓶，以便在相同条件下采集初始基线。15、点击’NEXT’按钮，等待稳定性信号同时收集基线信息。信号线在基线阶段将再次变绿。16、通过拖动时间标记或在相应的区域输入时间来调整时间标记。——例如，移动’Signalcorrect’时间校正标记至注入液体样品之前1分钟，这将有助于不同试验文件之间数据的比较。如图所示：17、选定试验数据压缩。TAMAir试验助手将默认使用6000个等距的点来代表数据文件。在结果菜单下已给出了文件大小和预估时间内的数据点的数量。如果试验时间很长并且数据点之间的时间无法接受，可以添加更多的数据点火使用‘Adaptive’合适的数据拟合。17a、拖动缩放按钮，对比由真实数据简化后形成的数据曲线。这时，默认数据点增加到7500，每10秒钟记录一个数据点，文件大小2.34MB。点击“Next”。18、点击“Finish”得到结果文件（.rslt）结果文件图标显示在“Resultsanddatafiles”标签下面。六、TAMAir在水泥中的应用实例波特兰水泥水化基本信息水泥的水化进程经历了几个阶段：Ⅰ诱导前期，急剧反应，出现第一个放热峰，时间很短，在15min以内结束。（离子的溶解和最初的放热阶段）Ⅱ诱导期：反应极其缓慢，又称静止期，一般持续1~4h，使硅酸盐水泥浆体能在几个小时内保持塑性的原因。初凝凝结时间基本上相当于诱导期的结束。（钙矾石的生产）Ⅲ加速期：反应重新加快，出现第二个放热峰，达到峰顶时本阶段即告结束（4~8h），此时终凝已过，开始硬化。（硅酸盐开始水化）Ⅳ减速期：反应速率随时间下降的阶段，持续约12~24h，水化作用逐渐收扩散速率的控制。（硅酸盐进一步反应）Ⅴ稳定期：反应速率很低、基本稳定的阶段，水化作用完全受扩散速率的控制。进一步解释为：

TAMAir可以用于研究：

·凝结时间和早期硬化·水泥、混凝土外加剂对水化的影响·各种固废、炉渣作为混合材对水泥水化的影响·水中污染物对水水化的影响·温度对水化的影响数据分析1、打开文件在菜单标签下打开结果文件，然后在结果和数据标签下查看文件。文件打开后，在左侧点击“Dataseries”标签，显示热流量结果。通过点击不同标签，显示任意通道的数据结果。点击“experime