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-4-仪器设备编号、名称仪器设备编号：仪器设备名称：微机差热天平型号：HCT-2型国别厂家：北京恒久科学仪器厂实验室名称：103房间购置日期：2006.01-5-工作原理热重法是在程序控制温度下借助热天平以获得物质的质量与温度关系的一种技术。利用加热或冷却过程中物质质量变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。热重法通常有两种类型：一种是等温（或静态）热重法，即在恒温下测定物质质量变化与温度的关系；另一种是非等温（或动态）热重法，即在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。在热重法中，非等温法最为简便，因此得到了广泛应用。热重分析仪主要是由精密热天平和线性程序控温的加热炉组成。由于热重法是连续跟踪质量变化，因而必须对质量变化反应快，并能防止电、机械振动等因素产生的干扰。热天平的基本结构中，能记录的天平是最为重要的部分之一。这种热天平与常规分析天平一样，都是称量仪器，但因其结构特殊，使其与一般天平在称量功能上有显著的差别。一般常规分析天平只能进行静态称量，即样品的质量在称量过程重是不变的；称量时的温度大都是室温，周围气氛是大气。而热天平则不同，它能自动、连续地进行动态称量与记录，并在称量过程中能按一定的温度程序改变试样的温度，而且试样周围的气氛也是可以控制或调节的。热天平大致可分成零位式和偏斜式两种类型。自动零位天平须有检知天平梁恢复零位，此力便与失重量成正比。偏斜式天平是借助一个适当的转换器将天平梁的偏移转换为可记录的电讯号。零位型天平在加热过程中试样无质量变化时仍能保持初始平衡状态；而有质量变化时天平就失去平衡，并立即由传感器检测并输出天平失衡信号，这一信号经测重系统放大用以自动改变平衡复位器中的电流，使天平重又回到初始平衡状态即所谓的零位。通过平衡复位器中的线圈电流与试样质量变化成正比，因此记录电流的变化即能得到加热过程中试样质量与温度（或时间）关系的曲线。热天平中阻尼器的作用使维持天平的稳定，天平摆动时，就有阻尼信号产生，这个信号经测重系统中的阻尼放大器再反馈到阻尼器中，使天平摆动停止。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相-6-应温度（或时间）关系的一种分析技术，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温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种与焓变测定有关并借此了解物质有关性质的分析技术。物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，同时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、熔融等物理现象，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，诸如玻璃化转变等。无知发生焓变时质量不一定发生改变，但温度必定变化。而热中性体参比物在加热时随炉温升高，温度均匀上升，使得热电偶两端形成温度差，产生温差电势，差热分析正是基于物质此类性质所发展起来的一种分析技术。DTA仪器的基本原理：仪器由高温炉、样品支持器（包括试样和参比物容器、温度敏感元件与支架等）微伏放大器、温差检知器、炉温程序控制器、记录器以及高温炉和样品支持器的气氛控制设备等组成。所有的DTA仪器通常都是在线性升温下测量样品温差与温度或时间关系的。DTA测量的温差ΔT除与试样热量变化有关外，尚与体系的热阻有关，热阻本身不是一个确定的量，它与热传导系数和热辐射有关，因而也就随着实验条件（如温度范围、坩埚材质、试样性质等）而变化。差示扫描量热法是在程序控制温度下测量输入物质（试样）和参比物的能量差与温度（或时间）关系的一种技术。分为功率补偿型DSC和热流型DSC。其中热流型DSC与DTA一样，也是测量试样和参比物的温度差与温度（或时间）关系的，但他的定量测量性能好，采用差热电偶或差热电堆测量温度差，用热电偶或热电堆检测试样的温度，冰用外加热炉实现程序升温。-7-操作规程1.预热：开启电源和冷却水，整机预热30分钟。2.装样：抬起炉体，分别装参比样和准确称取的待测样品（一般小于等于10mg）小心放置于热电偶板的左侧和右侧，放下炉体。拧紧炉体下侧两个固定螺母。3.氮气流量设定：打开氮气瓶分压阀到0.1Mpa左右。调节仪器右侧气氛控制箱，使流量计指示到35mm左右。4.热分析软件：在电脑上打开热分析软件。按下“新采集”键，进入“参数设定”界面，输入所需要参数：在参数设定界面左侧输入“基本实验参数”，对试样名称、实验序号、操作者姓名、试样重量等参数正确输入；在右侧输入“升温参数”，对起始温度（输入数据应小于当前炉温约10oC）、采样间隔、升温速率、终止温度（低于1400oC）等内容输入完全。5.测试：电脑软件上按“确定”键开始采集数据。随时监控仪器运行状态，如遇异常情况，及时采取相应措施。6.停止测试：点击电脑分析软件的“停止”键，结束采集数据。7.保存结果：及时在电脑分析软件上保存测试结果。8.炉体冷却：将炉体抬起转到后侧，对炉体进行降温冷却。将样品坩埚取下清洗干净。9.关机：炉体冷却至室温后，炉体套回热电偶上，关闭差热天平电源和冷却水电源，盖上仪器外罩。10.整理实验台面，登记使用情况。注意事项1.需要用TG-DTA的同学务必提前预约。2.通常测试终止温度为1000oC，若需要加热到更高温度，请与仪器管理员联系。3.测试前仔细阅读操作规程，并严格执行。-8-4.仪器TG对外界震动反应灵敏，测试过程中不得大声喧哗或者产生大的震动。5.有机物和金属配位化合物含量高的样品称量体积不超过坩埚容积的三分之一，防止膨胀溢出，污染天平杆。实验方法及误差分析热重1实验准备试样的用量与粒度对热重曲线有较大的影响。试样的吸热或放热反应会引起试样温度发生偏差，试样用量越大，偏差越大。试样用量大，逸出气体的扩散受到阻碍，热传递也受到影响，使热分解过程中TG曲线的平台不明显。因此，在热重分析中，试样用量在仪器灵敏度范围内应尽量小。试样的粒度同样对热传导、气体扩散有较大影响。粒度不同会使气体产物的扩散过程有较大变化，这种变化会导致反应速率和TG曲线形状的改变，如粒度小，反应速度快，TG曲线上反应区间变窄。试样用量与粒度对热重曲线有着类似的影响，实验时应适当选择。2仪器检验与校正一般实验前的基本准备工作时按说明书检查仪器的工作状态时否正常。热甜品与普通天平不同，它时在升温过程中连续测量并记录试样的质量变化，属于动态测量技术。即使在室温下漂移很小的高准天平，在升温过程中由于浮力、对流、挥发物的凝聚等都可使TG曲线基线漂移，大大降低热重测量的准确度。因此，在样品热重测量之前应空载升温校正基线，记录空载时每一温度间隔的质量数值P。另外，还应进一步检查升温时的线性度和重复性，加载时的记录相应仪器基线的漂移与噪声。为了得到准确可靠的测量结果，应尽可能将实验条件下升温时的漂移调整到最小。3实验参数的选择升温速率大，所产生的热滞后现象严重，往往导致热重曲线上起始温度和终止温度偏高。升温速率快不利于中间产物的检出，TG曲线上的拐点及平台不很明显；升温速率慢可得到相对明晰的实验结果。试样周围的气氛对试样热反应本身有较大的影响，试样的分解产物可能与气流反应，也可能被气流带走，这些都可能使热反应过程发生变化。-9-4通过下列途径可以减小系统误差：定期维护、校验仪器，并正确使用；根据试样选用最佳的实验方法和条件，并尽可能在多次实验中保持一致；尽可能在与试样相同的条件下精确地校正温度轴和质量基线；热电偶有老化和受污染地可能，因此必须正确选用热电偶并定期更换；采用动态气氛时，气体纯度要高，气流十分稳定。差热分析影响因素1．样品因素试样的物理和化学性质决定了差热曲线的基本特征。试样的粒度影响差热曲线，试样量、块体结构和放样空穴尺寸对DTA曲线的形状和峰面积的大小有显著影响。一些常用的参比物，例如焙烧过的Al2O3、MgO和NaCl均有吸湿性，吸湿后会影响差热曲线起始段的真实性。另外，还要注意这类参比物是否会发生吸附现象。惰性稀释剂性质的影响。2．仪器因素热电偶以各种方式影响着DTA曲线。升温速率影响峰温和峰面积。气氛对差热分析的影响由气氛与试样变化的关系决定。差示扫描量热法的影响因素1．样品因素试样用量是一个不可忽视的因素，同时试样粒度对DSC曲线的影响较复杂，高聚物、液晶等许多材料往往由于热历史的不同而产生不同的晶型或相态，从而对DSC曲线有较大的影响。稀释剂的性质对温度和热焓的影响也较为突出。2．实验条件升温速率主要影响DSC曲线的峰温和峰形，一般升温速率越快，峰温越-10-高，峰形越大且尖锐，另外升温速率对热焓值也有一定影响。实验气氛对DSC的影响也是比较显著的，气氛性质不同，峰的起始温度，峰温和热焓值都会不同。为了提高DSC测量温度的精确度，不许注意以下几点：（1）放置坩埚的操作要统一；（2）试样量应相等且宜少，粒度及粒度分布要一致；（3）研究有机物时，需用转变热和转变温度已知的纯有机物而不是用金属来进行标定。