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实验三草酸加热分解的差热分析实验一、实验目的1.了解差热分析仪的构造，掌握差热分析的基本原理及测量方法；2.学会差热分析仪的操作，并绘制草酸样品的差热图；3.掌握差热分析曲线的处理方法，对实验结果进行分析；4.了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。二、实验原理概述差热分析仪的结构如下图所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，见图1)。A两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。图2典型的差热图从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图2中TB)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。温度测量系统：测温热电偶输出的热电势，先经过热电偶冷端补偿器，补偿器的热敏电阻装在天平主机内。经过冷端补偿的测温热电偶热电势由温度放大器进行放大，送入计算机，计算机自动将此热电势的毫伏值转换为温度。差热测量系统：差热分析（DTA）是在程序温度控制下测量物质与参比物之间温度差随温度变化的一种技术。本仪器采用哑铃型平板式差热电偶，它检测到图1差热分析原理图的微伏级差热信号送入差热放大器进行放大。如试样没有热反应，则它与参比物的温差△T=0；如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，试样与参比物之间产生温差△T，把△T的热电势放大后经微机实时采集，可得图3的峰形曲线。质量测量系统：当物质被加热时，随着温度的增高，物质内部在某一特定温度下产生的物理变化和化学性质的变化（如分解、氧化等）时，常常伴随着物质重量的变化。热重分析的原理就是将被加热试样的质量（或重量）变换成电信号。试样质量m在升温过程中不断变化，就得到热重曲线TGA。如图4。图3差热曲线图4TGA和DTG曲线试样一般用100～300目之粉末，聚合物可切成碎块或碎片，纤维状试样可截成小段或绕成小球，金属试样可加工成碎块或小粒，试样量一般不超过坩锅容积的五分之四，对于加热时发泡试样不超过坩锅容积的二分之一或更少，或用氧化铝粉沫稀释，以防止发泡时溢出坩埚，污染热电偶。坩埚装样后，可在桌面上轻墩几下。参比物是在测温区内对热高度稳定的物质，一般用α-Al2O3粉沫，粒度为100～300目，最好经过1300℃以上高温焙烧和干燥保存。参比物的导热性能及热容最好与试样接近，以减少差热基线漂移。做金属试样的差热分析时也可用铜或不锈钢做参比物。试样量较少或热容很小时，也可以不用参比物，直接放空坩埚。三、实验设备及材料1.设备：差热分析仪（SDTQ600）一台；计算机一台；电子天平一台。2.材料：分析纯草酸；参比物α-Al2O3。四、实验内容1.将待测样品放入一只坩埚中，在另一只坩埚中放入重量基本相等的参比物(α-Al2O3)。然后将其分别放在样品托的两个托盘上，盖好保温盖。2.启动热分析软件，依次设定所需参数。升温速率设置为10℃/min开始升温。3.记录升温曲线和差热曲线，直至温度升至发生要求的相变且基线变平后，停止记录。4.打开炉盖，取出坩埚，待炉温降至50℃以下时关闭设备。五、实验步骤1.启动计算机，打开差热分析程序。2.将α-Al2O3和草酸样品放进炉子，装入草酸样品、装满，颠实50次，再次加入草酸将坩埚填满。然后，关闭炉体，点击开始试验。3.将温差△T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，观察屏幕上的差热曲线，最后保存实验数据。4.当差热曲线出现2个峰以后，停止实验，对炉体进行冷却。当炉内温度降至50℃左右时开炉，取出坩埚。5.最后关闭电源，整理仪器。六、实验注意事项1.坩埚一定要清理干净，否则埚垢不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。2.样品必须研磨的很细，否则差热峰不明显；但也不要太细。一般差热分析样品研磨到200目为宜。样品要均匀平铺在坩锅底部。否则作出的曲线极限不平整。3.实验过程中注意不要动计算机键盘。七、实验报告及要求1.定性说明所得差热图谱的意义。2.根据热效应的温度范围，分析出“峰”的具体机理和原因。3.对产生的误差进行分析。八、参考书籍1.吴思诚,王祖铨.近代物理实验(第3版).高等教育出版社,2005.2.金丽萍,邬时清,陈大勇.物理化学实验.华东理工大学出版社,2005.