热分析

刘济奎201301390111热分析1热分析综述CONTENTS2热分析各类方法简介3热分析应用进展热分析综述热分析的起源可以追溯到１９世纪末。第一次使用的热分析测量方法是热电偶测量法，1887年法国勒·撒特尔第一次使用热电偶测温的方法研究粘土矿物在升温过程中热性质的变化。此后，热分析开始逐渐在粘土研究、矿物以及合金方面得到应用。电子技术及传感器技术的发展推动了热分析技术的纵深发展，逐渐产生了ＤＴＡ（DifferentialThermalAnalyzer）技术；根据物质在受热过程中质量的减少，产生了ＴＧ（ThermogravimetricAnalyzer）技术，等等。同时，拓展了热分析技术的应用领域，热分析逐渐成为塑料、橡胶、树脂、涂料、食品、药物、生物有机体、无机材料、金属材料和复合材料等领域。并且成为研究开发、工艺优化和质检质控的必不可少的工具。1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA；InternationalConferenceonThermalAnalysis)第七次会议所下的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。（这里所说的“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环和非线性升温、降温）热分析综述热分析综述热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用的最为广泛热分析各类方法简介热重分析法是在程序控制温度下，测量温度的质量与温度的关系的技术。用来进行热重分析的仪器一般称为热天平。它的测量原理是在给被测物加温过程中，由于物质的物理或化学特性改变，引起质量的变化，通过记录质量变化时程序所走出的曲线，分析引起物质特性改变的温度点，以及被测物在物理特性改变过程中吸收或者放出的能量，从而来研究物质的热特性。TG(ThermogravimetricAnalyzers)热重分析法热重分析仪结构差热分析法是应用最广广泛的一种热分析技术，它是在程序控制温度下，建立被测量物质和参比物的温度差与温度关系的技术。其测量原理是将被测样品与参考样品同时放在相同的环境中同时升温，其中参考样品往往选择热稳定性很好的物质，同时给两种样品升温过程中，由于被测样品受热发生特性改变，产生吸、放热反应，引起自身温度变化，使得被测样品和参考样品的温度发生差异。用计算机软件描图的方法记录升温过程和升温过程中温度差的变化曲线，最后获取温度差出现时刻对应的温度值（引起样品产生温度差的温度点），以及整个温度变化完成后的曲线面积，得到在本次温度控制过程中被测样品的物理特性变化过程及能量变化过程。DTA-MicrocumputerDifferentialThermalAnalyzers差热分析法热分析各类方法简介差热分析曲线基本元素差热分析法原理图热分析各类方法简介DSC分为功率补偿式（PowerCompensation）和热流式（Heatflow）。后者属于DTA原理（在DTA里介绍）。其中功率补尝式DSC的测量原理是给被测样品和参比物样品放在同一环境中同时加温。加温过程中，当被测物由于发生物理性变，产生吸热或放热反应引起两个样品温度有差别时，通过及时给较低温度的样品加热，补偿功率的方法达到两样品时时保持相同温度。功率补偿式DSC在定量测量热量方面比差热分析法好得多，能够直接从曲线峰面积中得到试样放热量（或吸热量），而且分辨率高，测得的化学反应动力学参数与纯度比差热分析法更精确。DSC（DSC-DifferentialScanningcalorimeters）差示扫描量热法典型DSC曲线差示扫描量热仪结构热分析应用进展1.热动力学研究自然界中发生的物理变化、化学变化和生物代谢过程的变化,常常伴随着能量的变化,其中一部分以热效应的形式表现出来,根据变化过程的放热或吸热速率研究过程的动力学规律,这种融热化学和化学动力学于一体的学科称为热动力学。热动力学在如下8个方面的应用和研究的一些新成果:1)简单级数反应;2)复合反应;3)化学振荡反应;4)酶促反应;5)微生物生长及药物对微生物抑制作用;6)组织细胞和细胞器;7)植物生长过程;8)化学工程和生化工程等微量热法和差示扫描量热法是热动力学研究采用的主要手段,是这两种热分析方法技术进步,灵敏度、精确度以及测量速度提高的结果。热分析应用进展2.药品检验和研究品检验用的热分析方法主要是DTA或DSC及TG。美、英等国早已把热分析方法列入药典,作为药品质量检验的方法之一。国内在这方面也做了一定的工作,但至今未列入药典。应特别提到的是魏觉珍(广州邮电医院)和陈国玺(中科院广州地球化学研究所)两人共同进行的工作,在他们完成的《常用药品热分析图谱集》中,给出了近250种药品和辅料的差热分析和热重分析曲线及相关数据,据了解,这是国内第一本,无疑他们的工作为热分析在我国医药检验中应用将发挥重要作用。在药品检验中能应用热分析进行检测的主要有:1)熔点的测定;2)纯度测定;3)多晶型的测定;4)药品溶剂化物、水分的测定;5)药品的相容性、稳定性测定等。热分析应用进展3.微量物证检验中的应用微量物证是与罪证有关联,能认定犯罪事实的,物小量少,甚至用肉眼难以看见的细微物质。由于微量物证量小、分散,要求分析检验技术灵敏度高,分辨率好。热分析技术的进步为它在这方面的应用提供了条件。成果表明用热分析检验微量物证不只停留在研究上,而实际上已应用于司法鉴定实践,取得良好的效果。可用热分析检验的微量物下有:纺织品、粘合剂、泥土、油脂、塑料、橡胶、油漆,以及金属碎屑、爆炸残留物、化妆品和农药等。当然,热分析在这个领域的应用有其优点,但也有一定的局限性,实际应用中应予以注意。热分析应用进展4.材料研制和应用开发材料研制和应用开发是热分析应用的主要领域,这不仅仅是因为热性能是材料的主要性能,而是因为应用热分析方法能为材料的研制和开发提供许多有用的信息,使工作收事半功倍之效。主要包括研究结晶和熔融以及玻璃化转变5.阻尼材料阻尼材料的应用与生活环境密切相关,大的如火车、汽车的振动阻尼,高速公路经住宅区段的隔音,小的如喇叭上的阻尼胶等。研制阻尼材料常用的热分析方法是DMA,从损耗峰温度范围、大小来判断该阻尼材料起阻尼作用的温度范围和效果