热分析… thermal analysis

什么是 热分析？ 热分析的主要方法

热分析的仪器 热分析曲线图和数据集

热分析真正成为较为有力的分析工具，还是近一两个世纪的事情。十九世纪初，英国的奚贝克 (Seebeck) 发现了热电效应。随后，法国的贝克莱尔 (Becquerel) 根据这一效应做成了热电偶，并用它来测量高温。到 1886 年，法国的吕查德里 (Le Chatelier) 成功地用热电偶作为一种精密的测温工具，获得了一些矿物、粘土在加热时的温度变化曲线。十九世纪末，英国人罗伯茨 (Boberts)— 奥斯汀 (A MsLen)采用‘ 示差法”技术，即用示差热电偶指示试样和参比物 ( 一种在升温或降温过程中没有任何热效应发生的样品 ) 之间的温差。从而提高了检测灵敏度，也简化了仪器和操作。这可以说是现代差热分析仪的雏形。 ‘

早期的热天平是在本世纪初问世的。 1915 年日本的本多光太郎、 1923 年法国的莫里斯 · 戈夏德先后分别做成了一架比较简单的热天平。

01

热重法thermogravimetry, TG[ ]

差热分析02 differential thermal analysis,

DTA

[ ]

03差示扫描热量法differential scanning calorimetry, DSC

[ ]

· 热分析 ·thermal analysis

· · · · ·

热分析

热重法

差热分析程序温度下，测物质和参比物的温度差与温度关系的技术

什么是热分析？thermal analysis

程序温度下，测物质的物理性质与温度关系的一类技术 只要将总定义中的物理性质代换成诸如质量、温差等物理量，就很容易得到各种热分析方法的定义

程序温度下，测量物质的质量与温度关系的技术

测定的物理量 方法名称 简 称 测定的物理量 方法名称 简称

质 量 热重法等压质量变化测定逸出气检测逸出气分析放射热分析热微粒分析

TA

EGD

EGA

尺 寸力学量

声学量

热膨胀法热机械分析动态热机械法热发声法热传声法

TMA

DMA

温 度 升温曲线分析差热分析 DTA

光学量电学量

热光学法热传声法

热 量 差示扫描量热法调制式差示扫描量热法

DSC

MDSC磁学量 热磁学法

thermal analysis

热分析分类

原理 仪器

应用

热重法 TGthermogravimetry

原理

thermal analysis

温度升高，物质失重

记录 m － T 图

物质的分解、挥发温度及过程

仪器

thermal analysis

光源

反射镜

记录系统

平衡点平衡重量

调节装置

校准重量

样品

炉

热电偶

热天平的结

构

仪器

thermal analysis

记录天平

加热炉 ( 室温 -1000℃)

程序控温系统

记录仪

随着科学技术的发展，热天平的性能逐步得到了许多改进。目前，商品化热天平的工作温度上限可达 1000 一 1500℃ ，试样量一般用几毫克即可，灵敏度可达十微克或更高．现代的许多热天平还在仪器上增加一个微分装置．对重量变化的信号进行处理。这样，还可以同时得到一条描述重量变化速度的曲线，它通称为微商热重曲线 ( 即 DTG 曲线 ) 。由 DIG 曲线可以直接得到单位时间( 或温度 ) 内试样重量的变化．

应用

thermal analysis

CaC2O4·H2O

CaC2O4

CaCO3

CaO

水合草酸钙的T

G

曲

线

失 H2O

分解出 CO

分解出 CO2

应用

thermal analysis

了解试样的热分解 / 反应过程。如测结晶水等

研究材料的热稳定性

研究固相反应和固气之间的反应

测熔沸点

利用热分解或蒸发等，分析固体混合物

应用

thermal analysis

在分析化学中的应用

成分分析

Ca2+,Mg2+

混合物草酸盐

沉淀

500 m℃ 1

CaCO3+MgO

900 m℃ 2

CaO+MgO

解方程组得两者含量

确定沉淀的灼烧温度

PbSO4

>840℃ 分解干燥℃

100 － 840℃选沉淀剂

Al(OH)3↓转 Al2O3 ↓

氨水氨气

500℃

1000℃

选氨气利于处理

原理 仪器

应用

差热法 DTADifferential thermal analysis

一、基本概念 所谓差热分析，就是把试样置于可程序控制的温度环境下，根据试样在加热或冷却过程中所发生的热效应来进行分析、鉴定的。这种热效应通常是用试样和参比物之间的温差来表示，故名为差热分析．由于选用的参比物在加热和冷却过程中都不会有任何热效应发生 ( 通常采用的参比物是 Al2O3) 。所以，在试样没有热效应发生时，试样和参比物之间也没有温差．但当试样一旦有热效应发生。它们之间将立即产生温差．因此，连续检测出试样和参比物之间的温差情况，便可得到一条能反映出试样在加热过程中产生热效应情况的曲线，通常称为差热曲线，有时也简称为 DTA曲线。

原理

thermal analysis

恒定加热速率时，测样品温度的变化速率

通常 T 稳速上升，熔化或吸 / 放热反应 T 平台

参比物：在所测范围内不发生任何热效应

记录样品与参比物之间的温差

Al2O3

仪器

thermal analysis

样品 参比物

电热丝

热电偶

金属

应用thermal analysis

CaC2O4·H2OCaC2O4

CaCO3

CaO

失 H2O

分解出 CO 燃烧

分解出 CO2

的TG

和DT

A

曲

线

CaC

2 O4 ·H

2 O

应用thermal analysis

适用于温度突变重量不变的情

况

晶体熔化 高聚物分解

高聚物的强度、柔性决定于结晶

度

180℃的峰面积于晶体重量成比

例 半晶体高聚物材

料

差示扫描量热 DSCDifferential scanning calorimetry

thermal analysis

差示量热计代替加热炉样品和参比物各自独力加热

分析曲线与 DTA 相同，但更准确产生温差用继电器启动功率补偿，保持同温

应用：测反应焓、比热

应用：观察熔点降低，测高纯有机物中杂质

差示扫描量热 DSCDifferential scanning calorimetry

thermal analysis

CuSO4 ·5H

2 O

DSC

DTA

差示扫描量热 DSCDifferential scanning calorimetry

thermal analysis

有机物含量测定应用醋氨酚 (杂质为 4－氨基

酚 )的 DSC 曲线

熔化的峰温、峰高均随杂质增多而降低据此可进行纯度测定