聚合物的差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)
实验 聚合物的差热分析（DTA ）和差动热分析(DSC)
一、实验目的
1．了解聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)的基本原理和应用，及相互间的差别。
2．初步掌握解释聚合物DTA 和DSC 热谱图的方法。
3．了解CDR-4P 差热分析仪的构造原理、基本操作。
4．熟练掌握使用CDR-4P 差热分析仪分别测量聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)。
二、实验原理
热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性能随温度变化的函数关系的一组技术。目前热分析已经发展成为系统的分析方法，它对于材料的研究是一种极为有用的工具，特别是在高聚合物的分析测定方面应用更为广泛。它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能，热分析仪已成为从事材料测试的实验室必备的仪器。
差热分析是测定试样在受热（或冷却）过程中，由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及化学反应的一种分析方法，（即在程序温度下，测量物质与参比物的温度差值△T 与温度的函数关系。△T 向上为放热反应，向下为吸热反应）简称DTA （Differential Thermal Analysis ）。可用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等，尤其在聚合物（如聚烯烃、玻璃钢等）的热分析方面有重要意义。
差动热分析(DSC) 也叫做示差扫描热量法（Differential Scanning Calorimetry ），是在程序温度下，测量物质与参比物的功率差值△W 与温度的函数关系。是和DTA 在应用上相近而在原理上稍有改进的一种热分析技术。
差动热分析仪CDR-4P 用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应，广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域。是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。可实现在同一台热分析仪上分别测量DTA 和DSC 。
DTA 的工作原理（图1）是在程序温度控制下恒速升温（或降温）时，连续测定试样(S)同参比物（R ：如α-氧化铝）间的温度差ΔT ，从而以ΔT 对T 作图得到热谱图曲线（见图
2），进而通过对其分析处理获取所需信息。
在进行DTA 测试时，试样和参比物分别放在两个样品池内，如图1所示，加热炉以一定的速率升温，若试样没有热反应，则它的温度和和参比物温度之间的温差ΔT ＝0，差热曲线为一条直线，称为基线；若试样在某温度范围内有吸热（放热）反应，则试样温度将停止（或加快）上升，试样和参比物之间产生温差ΔT ，将该信号放大，由计算机进行数据采集处理后形成DTA 峰形曲线，根据出峰的温度及其面积的大小与形状可以进行分析。
DSC 的原理和DTA 基本相似，其改进之处是在试样和参比物下增加了两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热反应而和参比试样间出现温差ΔT 时，通过差热放大和差动热量补偿使流入补偿丝的电流发生变化。当试样吸热时，补偿使试样一边的电流立刻增大，反之，在试样放热时使参比物一边的电流增大，直到两边达到热平衡，温差ΔT 消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿。
DSC和DTA相比，在试样发生热效应时DTA中试样的实际温度已经不是程序升温时所控制的温度（如试样在放热反应时会加速升温），而在DSC中试样的热量变化可及时得到补偿，试样和参比物的温度始终保持一致，避免了参比物和试样之间的热传递，因而仪器的热滞后现象小，出峰温度更接近实际温度，且反应更灵敏，分辨率更高。
在进行DTA或者DSC分析时，所选用的参比物应是在实验温度范围内不发生物理变化及化学变化的物质，如α-Al2O3，石英粉和MgO等。当把试样和参比物同置于加热炉中等速升温进行DTA测试时，若试样不发生热效应，在理想情况下，试样的温度和参比物的温度相等，此时ΔT=0，在热谱图上应是一根水平基线。当试样发生了物理或化学变化，吸入或放出热量时，ΔT≠0，在热谱图上会出现吸热或放热峰，形成ΔT随温度变化的差热曲线（热谱图），在习惯上通常以温度差ΔT作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上，温度T作横坐标，自左向右增加。在热谱图上，由峰的位置可确定发生热效应的温度，由峰的面积可确定热效应的大小，由峰的形状可了解有关过程的动力学特性。
DTA和DSC可用以研究聚合物的相变，测定结晶温度T c、熔点T m、结晶相转变等物理变化，研究聚合物固化、交联、氧化、分解等反应，测定聚合物玻璃化转变温度T g，也可测定反应温度或反应温度区等反应动力学参数。如图7-2中，聚合物的玻璃化转变为一体积松弛
过程，在T g处，聚合物的比热发生突然变化，故在热谱图上T g处表现为基线的突然变动。聚合物的熔融和热分解吸热，故在热谱图上出现向下的负峰，而聚合物的结晶和氧化为放热，表现为向上的正峰，据此可判断聚合物的结晶相转变，耐热氧化性能及耐热稳定性等。
三、实验器材
CDR-4P型热分析仪有差动热补偿单元、差热放大单元、温控单元、气氛单元、数据处理接口单元、电炉、计算机、打印机等组成。其温度控制范围在室温到800度之间。
1．温度控制系统
该系统由程序控温单元、控温热电偶及加热炉组成。程序控制单元可编程序模拟复杂的温度曲线，给出毫伏信号。当控温热电偶的热电势与该毫伏值有偏差时，说明炉温偏离给定值，由偏差信号调整加热炉功率，是炉温很好地跟踪设定值，产生理想的温度曲线。
2．差热信号测量系统
该系统由差热传感器、差热放大单元等组成。差传感器即样品支架，由一对差接的点状热电偶和四孔氧化铝杆等装配而成，测试时试样与参比物（α–Al2O3）分别放在两只坩埚内加热炉以一定速率升温，若试样没有热反应，则它与参比物的温度△T = 0 ，差热曲线为一直线，成为基线；若试样在某一温度范围有吸热（或放热）反应，则试样温度将停止（或加快）上升，试样与产比物间产生温度差，把该温度信号放大，由计算机数据处理系统画出DTA峰形曲线，根据出峰的温度和峰面积的大小、形状，可进行各种分析。
仪器的工作原理
3. 差动热补偿系统
差动热分析的原理和差热分析相似，所不同的是利用了装置在试样和参比物容器下面的两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热反应而出现温度差△T时，通过差热放大和差动热量补偿使流入补偿丝的电流发生变化。当试样吸热时，补偿使试样一边的电流Is立即增大。反之，在试样放热时则是参比物一边的电流增大，直至两边热量平衡，温度△T差消失为止。总之，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿。
4．数据处理系统
该系统由接口放大单元、A/D转换卡、计算机、打印机、系统软件等组成。
T
DTA
(DSC)
接口单元将T、DTA (DSC)信号变换成与A/D转换卡匹配的模拟量，经过A/D转换成数字量，被计算机采集。采集到的数据由软件进行绘制成曲线，经过各种处理其结果可屏幕显示及打印。
5．双路气氛单元
该系统由净化器、稳压阀、压力表、流量计、气体调节阀等气动元件组成。并用二位三通电磁阀控制气体的切换。气氛单元在使用中可用于控制单气路气体的流量也可控制两种气体的切换。
在使用中，应首先打开所需气体钢瓶上的压力表，调节减压阀手柄，使压力表指针在2 ~ 3 kg/cm2 位置，再接通气氛气氛控制仪电源，掀电源开关，电源指示灯亮，将气路切换开关拨向氮气处，调结流量计上的旋钮使氮气气体流量计的转子上升到自己所需的流量范围之内。（一般把转子调到100 ~ 200 ml/min 为好）
气氛操作结束时，先关闭气体钢瓶压力阀，然后关闭电源开关，使气氛仪安全操作结束。
影响DTA 和DSC 分析的因素
要获得准确的DTA 和DSC 结果，最重要的是使试样和参比物处于均匀的温度，并在均匀状态的条件下进行操作，以免造成基线漂移和差热峰出现不对称等情况。此外试样和参比物的热容量不匹配或导热性不好，试样堆砌不紧密或颗粒大小不合适，几何形状不对称，存在稀释剂等因素都可能对结果产生影响。
所谓稀释剂是指那些用来和试样混合，以使其热传导和热扩散与参比物相匹配的惰性物质（常用参比物）。一般来说，采用小试样和少量稀释剂效果较好，但由于灵敏度随试样量的增大而增大，而分辨率随之下降，因此必须选择一最佳配比。除试样用量外，如试样粒度太小，其表面积增大，转变温度会移向低温。试样堆砌紧密，热传导大，从而改善了再现性。
加热速率是一个重要的实验参数，如加热速度快，使反应迁移至较高温度，给出较大、较锐的峰形。如T g 变高，T c 变高，结晶度变小，峰也变小，但对T m 影响较小。此外热电偶的位置需要特别注意，必须固定不变，对准中心才有较好重复性，否则基线差，峰歪斜，温度有误差。测试气氛不同，样品的化学反应也不同，谱图亦变化。热谱图中峰的面积是和热效应ΔQ 成正比。
ΔQ=K ∫t t ΔTdt=KA (1)
2
1
式中的比例常数K 可由标准物质确定，它随着温度、仪器、操作条件而变，因而导致了DTA 的定量性不好。DSC 则可以通过一系列的计算提供比较准确的定量结果。
四、实验步骤
实验前首先确定实验条件，如以草酸钙为样品，测试温度30℃~ 600℃，升温速率10℃/min ，气氛为空气气氛，确定选用DTA 或DSC 进行实验。下面以DSC 为例说明实验步骤，若进行DTA 分析，可相应进行调整。
（一）准备工作：
1． 检查电源线和电缆线等各部件是否连接正确，打开差热放大单元、差动放大
单元、数据接口单元的电源。
2． 将温控控制单元的电源开关打开，按温控器上的“∧”按钮，使SV 显示“Stop ”
预热20分钟。
3． 打开计算机。
（二）仪器的设置：
（1）转换开关的设定 测定DSC 转换开关的位置设定
1． 差热放大单元上的“差动~差热”转换开关置于“差动”位置，将“量程”旋钮放在“短
路”位置，用“调零”旋钮调整“差热指示”表的零位，调整后一定要放在100v 档位上。“斜率”调整旋钮不需要调整（现已调整到5或6的位置上）。“位移”旋钮是调节差动基线平移至合适的位置。
2． 将差热补偿单元上的“准备~工作”转换开关置于“工作”位置，将“量程”旋钮放置在
8mw 到200mw 的任意一挡上。（一般选用20mw 或40mw 为佳）。
测定DTA 转换开关的位置设定
1． 将差热放大单元上的“差动~差热”转换开关置于“差热”位置，将“量程”旋钮放
在“短路”位置，用“调零”旋钮调整“差热指示”表的零位后，将“量程”旋钮调整到合适的档位上。“斜率”调整旋钮不需要调整（现已调整到5或6的位置上）。“位移”
旋钮是调节差热基线平移至合适的位置。
2. 将差热补偿单元上的“准备~工作”转换开关置于“准备”位置，将“量程”旋钮可调
整在8mw到200mw任意当位上。
（2）控温单元设置
按“＜”键，仪表进入程序输入设置状态，开始设置第一段开始温度值。pv显示C01；sv显示开始温度值。按“∧”、“∨”键分别修改温度数值增加和减小,按“＜”键可移动光标，至个位、十位、百位、千位。（一般开始温度设为0 0C）即使sv显示0 。
按“□”回车键，仪表进入设置从第一段开始温度到第一段结束温度所需用的升温时间值。pv显示T01 ; sv显示升温需要用的时间值，单位为分钟。按“∧”、“∨”键分别增加和减小时间数值, (例如设为60，sv显示60)
按“□”回车键，仪表进入设置第一段的结束温度值，pv显示C02 , sv显示第一段的结束温度值。按“∧”、“∨”键分别增加和减小温度的数值,（例如设为600，sv显示600）。
按“□”回车键，温度设置完毕。pv显示T02 ,sv显示-120 即设置结束关闭输出。
（以上设置为温度从0度升温到600度，所用时间为60分钟，即升温速度为每分钟10度。）
（三）放置检测样品
顺时针转动炉体手柄，使电炉体上升到距最高位置0.8~1mm处，将炉体从护板上顺时转出。
将装有参比物α–Al2O3的坩埚，称量一定重量的所需检测样品放置另一坩埚内（一般为10毫克左右），将此坩埚放置样品支架右侧。将装有被测物品（已称量好的草酸钙一般为10毫克左右）放置另一坩埚内，将此坩埚放置样品支架左侧。
将炉体逆时针转回到中心位置，逆时针转动炉体手柄，使电炉体慢慢下降到距最低位置，并随时观察样品杆屏蔽罩是否位于炉腔中心。
将冷却循环水打开。
（四）应用软件操作设置
在windows98桌面上，双击“热分析仪”图表，即可出现主菜单，在主菜单栏中有“采样”、“数据处理”、“打印”、“结束并退出程序”。
点击“采样”出现采样设置屏幕，设置采样数据。
测量DSC时，在采样类型框中的“直接采样”处用鼠标点一下，DSC量程应与DSC 控制单元上的量程一致。点击“DSC”键切换到“DTA”界面，设定量程为100 。再点击“DSC”键，切换回“DSC”界面。
若测量DTA时，在采样类型框中的“直接采样”处用鼠标点一下，点击“DSC”键切换到“DTA”界面，设DTA量程应与差热控制单元上的量程一致。
起始温度是指屏幕开始采集曲线的温度（一般定为30度），升温速率应与程序温控制单元的升温速率一致。
样品重量输入所称试样重量。
设置完毕后按“确认”键。
（五）开始测试
将冷却循环水打开。
按“∨”运行/停止键SV显示 “ Run ”，观察电压表若当SV的显示值小于20 C时，输出电压应小于10V ,若此时电压值大于10V时，应按住“∨”使SV显示 “ Hold ” 时松键 , 仪
表进入放电等待，当电压降至约为零伏时，再按“∨”运行/停止键SV显示“ Run ” 时松键，按下电炉的绿色启动按钮，进入程序升温。
这时可能温度还没有达到起始温度即采样温度，电脑采样处于等待状态。此时，屏幕上的现在温度随着炉子加热而不断上升，当现在温度约等于起始温度时就开始采集曲线。蓝笔为DSC (或DTA) , 红笔为温度，P为采集点数。
当采集完毕后，按“存盘返回”键，中断采样并弹出存盘对话框，选择盘符、路径、输入文件名，按“保存”键，并返回主菜单。
按“∨”运行/停止键SV显示“ Stop ” ,再按电炉停止红色钮停止加热。
（六）数据处理
单击“数据处理”出现数据处理窗口，在该窗口中的主菜单条包括“调用文件”、“处理设置”、“平滑曲线”、“局部放大”、“查询”、“返回”。
在主菜单条下面和窗口的底部为状态条，在状态条了可以显示系统的有关信息。
在主菜单条下面的状态条中包括一些常用功能按钮，点击这些按钮系统执行的功能与点击相应的菜单项所执行的功能相同。
在数据处理前首先要调入曲线，点击“调用文件”出现调入数据对话框，选择路径、盘符和文件名，调出曲线。然后按“处理设置”。
在峰处理前，要设置计算的峰个数，预设是一个峰，如果要计算多个峰，可在设置峰数的编辑框用鼠标点击上下箭头来确定要计算的峰数。先要确定起点位置，用鼠标在有红色向上的箭头（起点位置）标示功能键处点击，随后在曲线上用鼠标点击定出起点温度。同样用鼠标在有红色向下箭头（终点位置）标示功能键处点击，在曲线上用鼠标点击定出终点温度。
若要修改这两点温度，只要用鼠标在这两键选择一下，就能在曲线上点击修改。也能用左移及右移方向键来移动箭头确定位置，当起点和终点位置确定后，用鼠标在“峰处理”上点击一下，屏幕上自动求出外延起始点的位置。
此时出现外延起始点修正值输入框，此框可以通过输入数字（正或负）来修改外延起始点的温度，如果不修改可以点“Cancel”,如果要处理多个峰，就重复上述方法。
在数据处理有一个放大功能按钮，先确定起点和终点位置，然后点击此键，放大后曲线可以进行数据处理。
在主菜单中“平滑曲线”，按下此键即对曲线进行平滑，可以进行多次平滑操作后点击存盘保存，随后返回主菜单。
“查询”功能是查询所保存试样曲线的数据处理结果。在查询前，先要调入被查询的试样曲线，然后点击此键。
（七）打印实验结果
在主菜单中单击“打印”，进入打印窗口，先调入曲线的文件名。在打印前，根据需要进行打印设置，可选择打印图谱、表格、图谱大小，及中、英文打印。
如要打印表格，可以点及表格中的“常规表格”，列出各项数据。普图的打印可以根据需要选择各项参数。
（八）试验结束关闭设备
先关闭计算机电源，然后关闭热分析仪的电源，取出测试样品，当电炉冷到室温时，关闭冷却循环水。恢复设备原状，结束实验。
五、思考题
1．试述在聚合物的DTA和DSC曲线上，有可能出现哪些峰值，其本质反映了什么？2．试解释低压聚乙烯热谱图中，各个峰值反映了什么变化
3．试解释升温速度对低压聚乙烯热谱图中峰温的影响。
差热分析
第 二 节 差热分析（DTA ） Differential Thermal Analysis 差热分析的基本概念 差热分析：是指在程序控制温度下测量物质和参比物的温度差与温度关系的技术。 差热曲线：描述样品与参比物之间的温度差（ΔT ）随温度（T ）或时间（t ）变化的曲线。 程序控制温度：指按一定的速率升温（或降温）。 参比物：指在分析温度范围内不产生热效应（既不吸热，也不放热）的物质。 差热分析仪的结构及工作原理 差热分析仪的工作原理 把试样（S ）和参比物（R ）分别装入两个坩埚，放在电炉中按一定的速率加热。在此过程中，如果试样发生物理变化或化学变化，并伴随有热效应，即发生吸热或放热现象，试样的温度（TS ）将低于或高于参比物的温度（TR ），从而产生一定的温度差（ΔT= TS - TR ）。 用同极串联的一对相同的热电偶构成的差热电偶可将试样与参比物的温度差转变为温差电动势U △T 。将这个温差电动势放大，并用来调节记录仪的记录笔或显象管亮点的纵坐标，就可以将试样与参比物的温度差随温度（T ）或时间（t ）的变化曲线（ ΔT - T 曲线）记录下来。 差热曲线提供的信息 峰的个数：吸热和放热过程的个数。 峰的位置：吸热和放热过程发生的温度。 峰的性质：向上，放热；向下，吸热。 峰的形状：热反应的速率。 峰的面积：吸收或释放的热量的多少。 基线的位置：样品与参比物的比热关系。 基线的长度：物质稳定存在的温度区间。 峰的面积与吸收或释放的热量的关系 峰的面积与吸收或释放的热量成正比。 式中， A 是吸热峰或放热峰的面积；ma 是试样中反应物的质量；ΔH 是单位反应物吸收或释放的热量，即单位反应物的焓变；g 是与仪器有关的系数； λs 是试样热导率。 利用Speil 公式，可以根据峰的面积求得反应过程中的焓变和反应物质的量。 ΔH= g λs A/ ma ma= A g λs / ΔH S a t t a g H m dt T T A λ?=?-?=? 2 1])([V k C C T S R a -= ?)(
热分析考试考试)20121210)
热分析习题 一、填空（10分，共10题，每题1分）。 1、差热分析是在程序控温条件下，测量样品坩埚与坩埚间的温度差与温 度的关系的方法。（参比） 2、同步热分析技术可以通过一次测试分别同时提供-TG或 -TG两组信号。（DTA-TG ,DSD-TG） 3、差示扫描量热分析是在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关 系的方法，其纵坐标单位为。（mw或mw/mg） 4、硅酸盐类样品在进行热分析时，不能选用材质的样品坩埚。（刚玉） 5、差示扫描量热分析根据所用测量方法的不同，可以分类为热流型DSC 与 型DSC。（功率补偿） 6、与差热分析（DTA）的不同，差示扫描量热分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以 用于分析。（定量） 7、差热分析（DTA）需要校正，但不需要灵敏度校正。（温度） 8、TG热失重曲线的标注常常需要参照DTG曲线，DTG曲线上一个谷代表一个失重阶段， 而拐点温度显示的是最快的温度。（失重） 9、物质的膨胀系数可以分为线膨胀系数与膨胀系数。（体） 10、热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的好坏的一个重要指 标。（热稳定性） 二、名词解释 1.热重分析答案：在程序控温条件下，测量物质的质量与温度的关系的方法。 2.差热分析答案：在程序控温条件下，测量物质与参比物的温度差与温度的关系的方法。 3.差示扫描量热分析答案：在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法。 4.热膨胀分析答案：在程序控温条件下，测定试样尺寸变化与温度或时间的关系的方法。 三、简答题 1.DSC与DTA测定原理的不同 答案：DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTA是测量T-T 的关系，而DSC是保持T = 0，测定H-T 的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。DTA在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如
差热分析仪工作原理
差热分析仪原理及其应用 差热分析仪是通过加热过程中的吸热和放热的行为以及材料的重量变化来研究材料加热时所发生的物理化学变化过程。通常差热分析仪是材料科学方面的最基本的设备之一。 差热分析仪的组成 一般的差热分析仪由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也包括气氛控制系统和压力控制系统。现将各部分简介如下： 差热分析仪构造 差热分析的测定原理 差热分析是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始，峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。 差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成，辅之以气氛和冷却水通道，测量结果由记录仪或计算机数据处理系统处理。 1.差热分析仪温度控制系统 该系统由程序温度控制单元、控温热电耦及加热炉组成。程序温度控制单元可编程序模拟复杂的温度曲线，给出毫伏信号。当控温热电
耦的热电势与该毫伏值有偏差时，说明炉温偏离给定值，由偏差信号调整加热炉功率，使炉温很好地跟踪设定值，产生理想的温度曲线。 2.差热分析仪差热信号测量系统 该系统由差热传感器、差热放大单元等组成。 差热传感器即样品支架，由一对差接的点状热电耦和四孔氧化铝杆等装配而成，测定时将试样与参比物（常用α-Al2O3）分别放在两只坩埚中，置于样品杆的托盘上，然后使加热炉按一定速度升温（如1 0℃·min-1）。如果试样在升温过程中没有热反应（吸热或放热），则其与参比物之间的温差ΔT＝0；如果试样产生相变或气化则吸热，产生氧化分解则放热，从而产生温差ΔT，将ΔT所对应的电势差（电位）放大并记录，便得到差热曲线。各种物质因物理特性不同，因此表现出其特有的差热曲线。 在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度的函数关系的仪器。由程序控制部件、炉体和记录仪组成，可电脑控制，打印试验报告。 1差热分析在确定水泥水化产物中的应用 不同品种的水泥在水化过程中得到的水化产物是不同的，即使是同种水泥，由于生产或水化过程的环境、条件不同，得到的水化产物的品种及数量也不尽相同。不同的水化产物在加热过程中脱水、分解的温度各不相同，体现在DTA曲线上就会在不同温度下出现不同的峰和谷。对某普通硅酸盐水泥水化28d的DTA曲线研究可以看出，D TA曲线上的103℃、123℃、140℃、464℃、710℃和25℃处都出现了吸热峰。在103℃出现吸热峰的同时伴随有1.31％的失重，这是水化试样脱去游离水的过程。继续加热，在123℃、140℃、464℃、71 0℃出现的吸热峰则分别是C—S—H凝胶脱水、水化硫铝酸钙(Art)脱
物理化学实验差热分析全解
差热分析 一、实验目的及要求 1.掌握差热分析的基本原理和方法，用差热分析仪测定硫酸铜的差热图，并掌握定性 解释图谱的基本方法。 2.掌握差热分析仪的使用方法。 二、实验原理 物质在受热或冷却的过程中，如有物理或化学的变化会伴有热效应发生。差热分析是测定在同一受热条件下，试样与参比物（在所测定的温度范围内不会发生任何物 ）对温度（T）或时间(t)关系的一种方法。 差热分析仪结构原理如图一所示。它包括HTH1-I型加热器、 NTC-I型温度控制仪、放置样品和参比物的坩埚、盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、NDTA-II 型差热分析仪和计算机。 ΔT T 图一差热分析仪结构原理图 温度信号
温度控制仪控制加热炉的温度和升温速率，差热分析仪采集样品和参比物之间的温差随温度及时间变化的数据，通过计算机实时绘制温度-温差曲线，并对实验结果进行计算和处理。两对相同材料热电偶并联而成的热电偶组，它们分别置于样品和参比物的中心。测量它们的温差（ΔT）和它们的温度。 H T 试样与参比物放入坩埚后，按一定的速率升温，如果参比物和试样热容大致相同，就能得到理想的差热分析图，图中T是由插在参比物的热电偶所反映的温度曲线。AH线 反映试样与参比物间的温差曲线。如试样无热效应发生，那样与参比物间，在曲线上AB、DE、GH是平滑的基线。当有热效发生而使试样的温度高于参比物，则出现如BCD峰顶向下的放热峰。反之，峰顶向上的EFG吸热峰。 差热图中峰的数目多少，位置、峰面积、方向、高度、宽度、对称性反映了试样在所测量温度范围内所发生的物理变化和化学变化次数、发生转化的温度范围、热效应大小及正负。峰的高度、宽度、对称性除与测试条件有关外还与样品变化过程的动学因素有关。所测得的差热图比理想的差热图复杂得多。 三、仪器与药品 NDTA-II型差热分析仪 C U SO4·5H20(分析纯)；α-AL203（分析纯）
实验7 聚合物的热重分析(TGA)
实验7 聚合物的热重分析(TGA) 热重分析(TGA)是以恒定速度加热试样，同时连续地测定试样失重的一种动态方法。此外，也可在恒定温度下，将失重作为时间的函数进行测定。应用TGA可以研究各种气氛下高聚物的热稳定性和热分解作用，测定水分、挥发物和残渣，增塑剂的挥发性，水解和吸湿性，吸附和解吸，气化速度和气化热；升华速度和升华热，氧化降解，缩聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或掺和物的组成，它还可以研究固相反应。因为高聚物的热谱图具有一定的特征性，它也可作为鉴定之用。 1. 实验目的 （1）了解热重分析法在高分子领域的应用。 （2）掌握热重分析仪的工作原理及其操作方法，学会用热重分析法测定聚合物的热分解温度T d。 2. 实验原理 热重分析法(thermogravimetric analysis，TGA)是在程序控温下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。现代热重分析仪一般由4部分组成，分别是电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统(微计算机)。通常，TGA谱图是由试样的质量残余率Y(％)对温度T的曲线(称为热重曲线，TG)和/或试样的质量残余率Y(％)随时间的变化率dY/dt(%/min)对温度T的曲线(称为微商热重法，DTG)组成，见图2－40。 温度/℃ 图2－40 TGA谱图 开始时，由于试样残余小分子物质的热解吸，试样有少量的质量损失，损失率为(100－Y1)％；经过一段时间的加热后，温度升至T1，试样开始出现大量的质量损失，直至T2，损失率达(Y1－Y2)％；在T2到T3阶段，试样存在着其他的稳定相；然后，随着温度的继续升高，试样再进一步分解。图2－40中T1称为分解温度，有时取C点的切线与AB延长线相交处的温度T1′作为分解温度，后者数值偏高。 TGA在高分子科学中有着广泛的应用。例如，高分子材料热稳定性的评定，共聚物和共
差热分析法(DTA)简介 (Differential Thermal Analysis)
差热分析法(DTA)简介（Differential Thermal Analysis） 1.DTA的基本原理 差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。在DAT试验中，样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。如:相转变，熔化，结晶结构的转变，沸腾，升华，蒸发，脱氢反应，断裂或分解反应，氧化或还原反应，晶格结构的破坏和其它化学反应。一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。 差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率进行程序升温，以表示各自的温度，设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。若以对t作图，所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示， 在0-a区间，ΔT大体上是一致的，形成DTA曲线的基线。随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，则与参比物间的温差变大，在DTA曲线中表现为峰。显然，温差越大，峰也越大，试样发生变化的次数多，峰的数目也多，所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质，而峰面积与热量的变化有关。 图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原 理图图 II-3-2试样和参 比物的升温曲线 1.参比物; 2.试样; 3.炉体; 4.热电偶(包括吸热转变) 图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线 TA曲线所包围的面积S可用下式表示 式中m是反应物的质量，ΔH是反应热，g是仪器的几何形态常数，C是样品的热传导率ΔT是温差，t1是DTA曲线的积分限。这是一种最简单的表达式，它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。这里忽略了微分项和样品的温度梯度，并假设峰面积与样品的比热无关，所以它是一个近似关系式。 2.DTA曲线起止点温度和面积的测量
聚合物的差热分析及应用实验报告
实验六聚合物的差热分析及应用 差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术，简称DTA（Differential ThermaI Analysis），是热分析法的一种。在DTA基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试祥相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术，简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。试样在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，这些热效应均可用DTA、DSC进行检测。 DTA、DSC在高分子科学领域方应用十分广泛。比如在研究聚合物的相转变；测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D、等温结晶动力学参数；测定玻璃化转变温度T g；研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应；测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等方面均发挥重要作用。 一、实验目的与要求 1、掌握DTA、DSC的基本原理。 2、学会用DTA、DSC的测定聚合物的T g、T c、T m、X D。 二、实验原理 1、差热分析（DTA） 差热分析是对少量试样的热效应所进行的仪器分析技术（图6－1 DTA示意图）。 图6-1 DTA示意图 S—试样；R—参比物；E—电炉； 1—温度程序控制器；2—气氛控制；3—差热放大器；4—记录仪 图6-2 DTA曲线 当试样与参比物（在所研究的温度范围内不发生热效应的物质，常用的有石英粉、硅油、α－氧化铝等）分别放在两个坩埚内，再将两个坩埚放在同一金属板的两个托盘上，然后将它们置于加热炉中，加热炉按程序控制等速升温（或降温），在此变温过程中，试样如果没有热效应，则与参比物之间的温差ΔT= 0；若在某一温度范围内，试样发生变化时，则放出或吸收能量，这种热效应将使试样温度改变，而此时参比物并无温度变化，即导致温差ΔT 发生。如用热电偶测量并放大热电势信号、记录，可得图6-2所示DTA峰形曲线。在DTA 曲线上，由峰的位置可确定发生热效应的温度，由峰的面积可确定热效应的大小，由峰的形状可了解有关过程的动力学特性。并且已知图6-2中峰BCD的面积A和热效应ΔQ有如下
热分析技术
热分析技术 1 热分析技术的类别 1.1 热重分析( TGA) 热重分析法是在程序控制温度下，测量物质的重量与温度关系的一种技术[6]。记录重量变化对温度的关系曲线称热重曲线(TG曲线)，热重曲线是在氮气流或其他惰性气流下，由于挥发性杂质失去，导致重量减失，以温度为横坐标，重量为纵坐标绘制的图谱，为便于观察，也采用其微分曲线，称为微分热重分析( D/TG)。热重分析仪由装在升温烘箱中的微量天平组成。此天平应对温度不发生称量变化，保证在长期程序升温时测量稳定。 1.2 差热分析( DTA) 对供试品与热惰性参比物进行同时加热的条件下，当供试品发生某种物理的或化学的变化时，由于这些变化的热效应，使供试品与参比物之间产生温度差。在程序控制温度下，测定供试品与参比物之间温度差与温度(或时间)关系的技术称为差热分析。 1.3 差示扫描量热分析( DSC) DSC是在DTA基础上发展起来的一种热分析方法[7-9]。测量输给供试品与参比物热量差(dQ/dT)与温度(或时间)关系的技术成为差示扫描量热分析。在DTA 中，是样品与参比物，在温度变化时热量的变化对样品温度作图，而在DSC中为保持样品与参比物相同温度所需输入能量的差异与样品的温度作图，其精密度与准确度均高于DTA。在DSC仪器中，样品和参比物的支架是热互相隔离的，各自固定在自己的温度传感器及加热器上，样品和参比物放在支架内的金属小盘中，在程序升温过程中，当样品熔融或挥发时，样品与参比物需要保持温度一致所需的能量不同，在DSC 图谱中，纵坐标为热量差，横坐标为温度，峰面积为样品的转换能，正峰与负峰分别为吸热峰与放热峰，峰面积与热焓成比例。 2 热分析技术在中药及其制剂质控中的应用 2.1 药物纯度的测定 药物纯度的测定是药品质量控制的重要内容之一。热分析技术用于中药纯度的测定有其独特的优点，如样品用量少且一般不需预处理等。但也有一定的要求，即样品的纯度>97%。然而在具体的操作方法上，可采用相应的措施使该技术能用于成分复杂的中药及制剂纯度的测定。由于试样量极少，故只需用少量标准品便可完成纯度测定。例如，粉防己甲素和熊果酸这些从中药材提得的药品，目前尚无其它合适的定量分析方式。杨腊[10]虎用DSC法成功地进行了纯度分析，并在测得药品总杂质含量的同时，还可获得各药物的准确熔点。 2.2 药物赋形剂筛选和组分分析
实验一综合热分析实验
实验一综合热分析实验 一、目的要求 1.了解综合热分析仪的基本构造、原理及方法。 2.了解实验条件的选择。 3.掌握热分析样品的制样方法。 4.掌握对样品的热分析图谱进行相关分析和计算。 二、综合热分析仪的结构、原理及性能 综合热分析仪是在程序控制温度下同步测定物质的重量变化、温度变化和热效应的装置。一般地，综合热分析仪主要由程序控制系统、测量系统、显示系统、气氛控制系统、操作控制和数据处理系统等部分组成。 1.TG的结构、原理及性能 热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析技术。热重法记录的是热重曲线（ＴＧ曲线），它以质量作为纵坐标，以温度或时间为横坐标，即ｍ—Ｔ曲线。 热重法通常有下列两种类型：等温热重法：在恒温下测定物质质量变化与时间的关系；非等温热重法：在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。 热重法所用仪器称为热重分析仪或热天平，其基本构造是由精密天平和程序控温的加热炉组成，热天平是根据天平梁的倾斜与重量变化的关系进行测定的，通常测定重量变化的方法有变位法和零位法两种。①变位法是利用物质的质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用差动变压器直接控制检测。②零位法是靠电磁作用力使因质量变化而倾斜的的天平梁恢复到原来的平衡位置，施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换结构中线圈中的电流实现的，因此检测此电流即可知质量变化。天平梁倾斜由光电元件检出，经电子放大后反馈到安装在天平衡量上的感应线圈，使天平梁又回到原点。 SDTQ600综合热分析仪采用水平双杆双天平的结构设计。一臂作为水平天平零位平衡测量，另一臂作为高灵敏度DTA的热电偶。同时，一臂用来装填试样，
《热分析应用手册》梅特勒-托利多
梅特勒-托利多热分析应用精选 梅特勒-托利多 热分析应用手册聚合物的热分析 (DSC、TGA、TMA)
目录 主要热分析技术介绍.. 3 热分析技术在聚合物中的应用.. 6 热分析技术（DSC、TGA、TMA）在聚合物应用的一览表.. 8 常用聚合物的特征温度.. 9 1PE的熔化曲线和热历史.. 10 2.用DSC和TMA表征E/VAC的特性.. 11 3 不同厂商生产的PP (13) 4PP/PE共聚物识别14 5 用DSC表征ABS的玻璃化转变.. 15 6应用DSC和TGA技术研究PVC (17) 7 PVAC，玻璃化转变温度和增塑剂.. 18 8 PA6，玻璃纤维增强的影响20 9 PVC-U的热稳定性 21 10 PA66的质量控制. 22 11 PA66中的水分：TGA和DSC测试结果的比较. 23 12 PA6/PA66共混物. 24 13 PET，热历史25 14 PET，热焓松弛27 15 PET，由动态加载TMA所测得的固化曲线29 16 PMMA，玻璃化转变30 17 PC，聚碳酸脂和聚碳酸脂/ABS共混物. 31 18 POM，聚甲醛.. 32 19 TPE-E，酯类热塑性弹性体33 20 PPA，聚邻苯二酰胺34 21 应用DSC和TMA技术研究 PTFE同质多晶现象 35 22PEI，由ADSC所测的玻璃化转变.. 37 第2页聚合物梅特勒-托利多热分析应用精选
主要热分析技术介绍 热分析是在程序控制温度下，测量样品的性质随温度或时间变化的一组技术。这里所说的温度程序可包括一系列的程序段，在这些程序段中可对样品进行线性速率的加热、冷却或在某一温度下进行恒温。在这些实验中，实验的气氛也常常扮演着很重要的作用，最常使用的气体是惰性和氧化气体。 差示扫描量热，DSC 差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输入到样品和参比样的热流差随温度（时间）变化的一种技术。该热流差能反映样品随温度或时间变化所发生的焓变：当样品吸收能量时，焓变为吸热；当样品释放能量时，焓变为放热。 在DSC曲线中，对诸如熔融、结晶、固-固相转变和化学反应等的热效应呈峰形；对诸如玻璃化转变等的比热容变化，则呈台阶形。 典型的半结晶聚合物的DSC曲线：Array 1.与样品热容成比例的初始偏移 2.无热效应时DSC曲线的基线 3.无定形部分的玻璃化转变 4.冷结晶峰 5.结晶部分的熔融峰 6.在空气下开始氧化降解 热重分析，TGA 热重分析是在程序控制温度下，在设定气氛下测量样品的质量随温度度或时间变化的一种技术。质量的变化可采用高灵敏度的天平来记录。 样品在加热过程中产生的气相组分可通过联用技术如TGA-MS、TGA-FTIR进行逸出气体分析（EGA）。TGA851e的同步SDTA技术能同步提供样品的吸热或放热效应的DTA信号。 热重分析能提供下列结果： 易挥发性成分（水分、溶剂）、聚合物、碳黑或碳纤维组分、灰分或填充组分的组分分析； 聚合物样品的高温分解的机理、过程和动力学。 梅特勒-托利多热分析应用精选聚合物第3页
热分析常用方法及谱图
常用的热分析方法 l热重法（Thermogravimetry TG） l 差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry DSC）l 差热分析（Differential Thermal Analysis DTA） l 热机械分析（Thermomechanical Analysis TMA） l 动态热机械法（Dynamic Mechanical Analysis DMA） 谱图分析的一般方法 《热分析导论》刘振海主编 《分析化学手册》热分析分册 TGA DSC 分析图谱的一般方法——TGA 1. 典型图谱 分析图谱的一般方法——TGA的实测图谱
I、PVC 35.26% II、Nylon 6 25.47% III、碳黑14.69% IV、玻纤24.58% 已知样品的图谱分析 与已知样品各方面特性结合起来分析 如：无机物（黏土、矿物、配合物）、生物大分子、高分子材料、金属材料等热分析谱图都有各自的特征峰。 与测试的仪器、条件和样品结合起来分析 仪器条件样品 应用与举例 TGA DSC/DTA TMA 影响测试图谱结果的因素——测试条件 TGA 升温速率 样品气氛
扫描速率 样品气氛 升温速率对TGA 曲线的影响 气氛对TGA 曲线的影响 PE TGA-7 测试条件： 扫描速率：10C/min 气氛：a. 真空 b. 空气 流量：20ml/min 样品：CaCO3（AR） 过200目筛，3-5mg 扫描速率对DSC/DTA曲线的影响气氛对DSC/DTA曲线的影响 气氛的性质
两个氧化分解峰 曲线b： 一个氧化分解峰， 和一个热裂解峰 影响测试图谱结果的因素——样品方面 TGA/DSC/DTA 样品的用量 样品的粒度与形状 样品的性质 样品用量对TGA/DSC/DTA曲线的影响 样品的粒度与形状对曲线的影响——TGA/DSC/DTA 样品的性质对曲线的影响——TGA/DSC/DTA TGA/ DSC/DTA 热分析曲线的形状随样品的比热、导热性和反应性的不同而不同。即使是同种物质，由于加工条件的不同，其热谱图也可能不同。如PET树脂，经过拉伸过的PET树脂升温结晶峰就会消失。 PET 树脂的DSC 曲线 TGA应用 成分分析 无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别与多组分混合物的定量分析。游离水、结合水、结晶水的测定，残余溶剂或单体的测定、添加剂的测定等。 热稳定性的测定 物质的热稳定性、抗氧化性的测定，热分解反应的动力学研究等 居里点的测定 磁性材料居里点的测定 可用TGA测量的变化过程
热分析技术简介——DSC
热分析技术简介——DSC 摘要：差示扫描量热分析仪因其使用方便，精确度高等特点，多年来备受青睐。本文介绍了差示扫描量热法（DSC）的发展历史、现状及工作原理，并且简要地介绍了DSC在天然气水合物、食品高聚物测定和水分含量测定、油脂加工过程及产品、沥青性能研究及改性沥青的性能评定中的应用。 关键词：DSC 技术发展现状应用 一、差示扫描量热法( DSC ) 简史 18世纪出现了温度计和温标。 19世纪，热力学原理阐明了温度与热量即热焓之间的区别后，热量可被测量。 1887年，Le Chatelier进行了被认为的首次真正的热分析实验：将一个热电偶放入黏土样品并在炉中升温，用镜式电流计在感光板上记录升温曲线。 1899年，Roberts Austen将两个不同的热电偶相反连接显著提高了这种测量的灵敏度，可测量样品与惰性参比物之间的温差。 1915年，Honda首次提出连续测量试样质量变化的热重分析。 1955年，Boersma设想在坩埚外放置热敏电阻，发明现今的DSC。 1964年，Watson等首次发表了功率补偿DSC的新技术。 差示扫描量热法是六十年代以后研制出的一种热分析方法。它被定义为：在温度程序控制下，测量试量相对于参比物的热流速随温度变化的一种技术，简称DSC（Differential Scanning Calovimetry）。根据测量方法的不同，又分为两种类型：功率补偿型DSC和热流型DSC。其主要特点是使用的温度范围比较宽、分辨能力高和灵敏度高。由于它们能定量地测定各种热力学参数（如热焓、熵和比热等）和动力学参数，所以在应用科学和理论研究中获得广泛的应用。 二、差示扫描量热法的现状 2.1差示扫描量热法（DSC）的原理 差示扫描量热法（DSC）装置是准确测量转变温度，转变焓的一种精密仪器,它的主要原理是：将试样和参比物置于相同热条件下，在程序升降温过程中，始终保持样品和参比物的温度相同。当样品发生热效应时，通过微加热器等热元件给样品补充热量或减少热量以维持样品和参比物的温差为零。加热器所提供的热量通过转换器转换为电信号作为DSC曲线记录下来。它是一种将与物质内部相转变有关的热流作为时间和温度的函数进行测量的热分析技术。 2.2差示扫描量热分析技术发展 差示扫描量热法是在差热分析（DTA）的基础上发展起来的一种热分析技术。
实验2 聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)
实验二聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC) 在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。发生的热效大致可归纳为： （1）发生吸热反应。结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。 （2）发生放热反应。气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。（3）发生放热或吸热反应。结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。 用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。 由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。简称DSC （Differential Scanning Calorimetry）。因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。 DTA、DSC广泛应用于： （1）研究聚合物相转变，测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D。结晶动力学参数。 （2）测定玻璃化转变温度T g。 （3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。 一、目的要求： 1．了解DTA、DSC的原理。 2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。 二、基本原理： 1．DTA 图（11-1）是DTA的示意图。通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。比较先进的仪器还有数据处理部分。温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。气氛控制是为试样提供真空、保护气
差热分析问题
差热分析 小组成员（邓静詹孝军杨盼）一．预习提问 1.简述差热分析的基本原理. 答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中,凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。 2.差热分析中如何判断物质发生了变化 答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化 3.差热分析中如何选择参比物？ 答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质，以提高准确性。 4.实验中，作温度工作曲线的目的是什么？ 答：目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度，以准确快速的测出物质在相应温度下产生的
热效应。 5.差热曲线主要受哪些实验条件的影响 答：（1）仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记录系统精度、走纸速率等。（2）试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。（3）实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。 二．思考题 1. 简述差热分析的基本原理. 答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中,凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。 2.差热分析中如何判断物质发生了变化 答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化 3.差热分析中如何选择参比物？ 答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。
热分析实验指导
实验六 热分析实验 一、目的与要求 1.了解热重分析的仪器装置及实验技术。 2.了解差热分析的仪器装置及实验技术。 3熟悉综合热分析的特点，掌握综合热曲线的分析方法。 4.测绘矿物的热重曲线和差热分析曲线，解释曲线变化的原因。 二、原理 1 热重分析的仪器结构与分析方法 热重分析法是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种实验技术。 热重分析通常有静态法和动态法两种类型。 静态法又称等温热重法，是在恒温下测定物质质量变化与温度的关系，通常把试样在各给定温度加热至恒重。该法比较准确，常用来研究固相物质热分解的反应速度和测定反应速度常数。 动态法又称非等温热重法，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。该法简便，易于与其他热分析法组合在一起，实际中采用较多。 热重分析仪的基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。如图1所示：加热炉由温控加热单元按给定速度升温，并由温度读数表记录温度，炉中试样质量变化可由天平记录。 由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线称热重曲线（TG 曲线）。曲线的纵坐标为质量，横坐标为温度。例如固体热分解反应A （固）→B （固）＋C （气）的典型热重曲线如图2所示。 图2 固体热分解反应的热重曲线 图中T i 为起始温度，即累计质量变化达到热天平可以检测时的温度。T f 为终止温度，即累计质量变化达到最大值时的温度。 图1 热重分析仪原理
热重曲线上质量基本不变的部分称为基线或平台，如图2中ab 、cd 部分。 若试样初始质量为W 0，失重后试样质量为W 1，则失重百分数为（W 0－W 1）/W 0×100%。 许多物质在加热过程中会在某温度发生分解、脱水、氧化、还原和升华等物理化学变化而出现质量变化，发生质量变化的温度及质量变化百分数随着物质的结构及组成而异，因而可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程，如试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等。例如含有一个结晶水的草酸钙（CaC 2O 4·H 2O ）的热重曲线如图3，CaC 2O 4·H 2O 在100℃以前没有失重现象，其热重曲线呈水平状，为TG 曲线的第一个平台。在100℃和200℃之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质量的12.3%，正好相当于每molCaC 2O 4·H 2O 失掉1molH 2O ，因此这一步的热分解应按 O H O CaC O H ·O CaC 242℃ 200℃100242 ~ +????→? 进行。在400℃和500℃之间失重并开始呈现第三个平台，其失重量占试样总质量的18.5％,相当于每molCaC 2O 4分解出1molCO ，因此这一步的热分解应按 CO CaCO O CaC 3℃500 ℃40042~ +????→? 进行。在600℃和800℃之间失重并出现第四个平台，其失重量占试样总质量的30％，正好相当于每molCaC 2O 4分解出1molCO 2，因此这一步的热分解应按 2℃800 ℃60042CO CaO O CaC ~ +????→? 进行。 可见借助热重曲线可推断反应机理及产物。 图3 CaC 2O 4·H 2O 的热重曲线 2、综合热分析 DTA 、DSC 、TG 等各种单功能的热分析仪若相互组装在一起，就可以变成多功能的综合热分析仪，如DTA －TG 、DSC －TG 、DTA －TMA （热机械分析）、DTA －TG －DTG （微商热重分析）组合在一起。综合热分析仪的优点是在完全相同的实验条件下，即在同一次实验中可以获得多种信息，比如进行DTA －TG －DTG 综合热分析可以一次同时获得差热曲线、热重曲线和微商热重曲线。根据在相同的实验条件下得到的关于试样热变化的多种信息，就可以比较顺利地得出符合实际的判断。 综合热分析的实验方法与DTA 、DSC 、TG 的实验方法基本类同，在样品测试前选择好测量方式和相应量程，调整好记录零点，就可在给定的升温速度下测定样品，得出综合热曲线。 综合热曲线实际上是各单功能热曲线测绘在同一张记录纸上，因此，各单功能标准热曲线可以作为综合热曲线中各个曲线的标准。利用综合热曲线进行矿物鉴定或解释峰谷产生的
差热分析实验报告概论
差热分析实验报告 赵启峰 131120132 摘要:本实验报告阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，以三氧化二铝作为参照物,分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并对其进行了分析，最后对实验结果进行了讨论。 关键词:差热曲线锡五水硫酸铜 引言 差热分析(DTA)是在程序控制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。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并借此了解物质有关性质的技术。 实验目的 (1)了解差热分析的基本原理和实验基本步骤。 (2)测量五水硫酸铜和锡的差热曲线,并简单计算曲线峰的面积。 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，往往还伴随吸热或放热现象。伴随热效应的变化，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。物质发生焓变时质量不一定改变，但温度是必定会变化的。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，由于热量不可能从试样瞬间导出，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，由于试样不可能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能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理想情况，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T S-T R=ΔT为零时，
聚合物的热谱图分析
实验十二聚合物的热谱图分析 在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。发生的热效大致可归纳为： （1）发生吸热反应。结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。 （2）发生放热反应。气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。（3）发生放热或吸热反应。结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。 用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。 由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。简称DSC （Differential Scanning Calorimetry）。因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。 DTA、DSC广泛应用于： （1）研究聚合物相转变，测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D。结晶动力学参数。 （2）测定玻璃化转变温度T g。 （3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。 一、目的要求： 1．了解DTA、DSC的原理。 2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。 二、基本原理： 1．DTA 图（11-1）是DTA的示意图。通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。比较先进的仪器还有数据处理部分。温度程序控制是使试样
实验1.聚合物的热分析 实验报告
实验五 聚合物差热热重同时热分析法 差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。简称DTA(Differential Thermal Analysis)。在DTA 基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。简称DSC （Differential Scanning Calorimetry ）。试样在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，这些热效应均可用DTA 、DSC 进行检测。DTA 、DSC 在高分子方面的应用特别广泛。它们的主要用途是：①研究聚合物的相转变，测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 、等温结晶动力学参数。②测定玻璃化转变温度T g 。③研究聚合、固化、交联、氧化、分 解等反应，测定反应温度或反应温区、反应热、 反应动力学参数。 图1 是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模 式图。 当温度达到玻璃化转变温度T g 时，试样的 热容增大就需要吸收更多的热量，使基线发生位 移。假如试样是能结晶的，并且处于过冷的非晶 状态，那么在T g 以上可以进行结晶，同时放出 大量的结晶热而产生一个放热峰。进一步升温，结晶熔融吸热，出现吸热峰。再进一步升温，试样可能发生氧化、交联反应而放热，出现放热峰，最后试样则发生分解，吸热，出现吸热峰。当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。 通常按图2 a 的方法确定T g ：由玻璃化 转变前后的直线部分取切线，再在实验曲线 上取一点，使其平分两切线间的距离?，这 一点所对应温度即为T g 。T m 的确定对低分子 纯物质来说，象苯甲酸，如图2 b 所示，由 峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相 交，此点所对应的温度取作为T m 。对聚合物 来说，如图2 c 所示，由峰的两边斜率最大 处引切线，相交点所对应的温度取作为T m 。 或取峰顶温度作为T m 。T c 通常也是取峰顶温 度。峰面积的取法如图2d e 所示。可用求积 仪或剪纸称重法量出面积。由标准物质测出单位面积所对应的热量（毫卡/厘米2），再由测试试样的峰面积可求得试样的熔融热f H ?（毫卡/毫克），若百分之百结晶的试样的熔融热*f H ?是已知的， 则可按下式计算试样的结晶度： 热重分析法简称TGA （Thermogravimetric Analysis ）， 它是测定试样在温度等速上升时%100*???=f f D H H X 结晶度