文档介绍：热分析技术发展简史
热分析方法是仪器分析方法之一,它与紫外分光光度法、红外光谱分析法、原子吸收光谱法、核磁共振波谱法、电子能谱分析法、扫描电子显微镜法、质谱分析法和色谱分析法等相互并列和互为补充的一种仪器分析方法。
热分析技术发展简史
1786 年英国人Edgwood 在研究陶瓷粘土时首先观察到的,他注意到加热陶瓷粘土到达暗红色时有明显的失重,而在其前后的失重都极小。
1887年法国的 Lechatelier使用了热电偶测量温度的方法对试样进行升温或降温来研究粘土类矿物的热性能研究,获得了一系列粘土试样的加热和冷却曲线,根据这些曲线去鉴定一些物质试样。
此外,他使用了纯度物质(如水、硫、硒、金等)作为标准物质来标定温度。为了提高仪器的灵敏度,以便观察粘土在某一特定温度时的吸热或放热现象,他采用了分别测试样温度与参比物温度之差的差示法读得数据,第一次发表了最原始的差热曲线。为此,人们公认他为差热分析技术的创始人。
热分析技术发展简史
另一种重要的热分析方法是差分热重分析法。其使用的仪器是热天平。在 1955 年以前,人们进行差热分析实验时,都是把热电偶直接插到试样和参比物中测量温度和差热信号的, 这样容易使热电偶被试样或试样分解出来的气体所污染、老化。 l955 年Boersma 针对这种方法的缺陷提出了改进办法, 即坩埚里面放试样或参比物,而坩埚的底壁与热电偶接触。 1953 年Teitelbaum发明了逸气检测法, 即对试样在加热时放出的气体进行检测。
热分析法分类
根据热分析协会(ICTA)的归纳分类, 目前热分析法共分为9 类 17 种,其中主要和常用的热分析方法是:
1) 热重法( Thermogravimetry, TG) ,
2) 差热分析法(Differential Thermal Analysis,DTA),
3) 差示扫描热量法(Differential Scanning Calorimetry DSC)
热重分析法——TG
热重法是在程序控温下,测量物质的质量与温度的关系,通常热重法分为非等温热重法和等温热重法。它具有操作简便、准确度高、灵敏快速以及试样微量化等优点。
热重法是在程序控温下,测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。检测质量的变化最常用的办法就是用热天平,测量的原理有两种,可分为变位法和零位法。
分析仪基本原理
热重分析仪基本原理
高温热重仪
热重仪结构
热重分析仪基本原理
热重法是在程序控温下,测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。检测质量的变化最常用的办法就是用热天平,测量的原理有两种,可分为变位法和零位法。
变位法:根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系, 用差动变压器等检知倾斜度,并自动记录。
零位法:采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度, 然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流,使线圈转动恢复天平梁的倾斜,即所谓零位法。
热重分析仪基本原理
热重实验仪器主要由记录天平、炉子、程序控温装置、记录仪器和支撑器等几个部分组成, 其中最主要的组成部分是记录天平,它基本上与一台优质的分析天平相同,如准确度、重现性、抗震性能、反应性、结构坚固程度以及适应环境温度变化的能力等都有较高的要求。
记录天平根据动作方式可以分为两大类:偏转型和指零型,无论哪种方式都是将测量到的重量变化用适当的转换器变成与重量变化成比例的电信号,并可以将得到的连续记录转换成其他方式,如原始数据的微分、积分、对数或者其他函数等,用来对实验的多方面热分析。在上述方法中又以指零型天平中的电化学法适应性更强。
发生重量变化时,天平梁发生偏转,梁中心的纽带同时被拉紧,光电检测元件的偏转输出变大,导致吸引线圈中电流的改变。在天平一端悬挂着一根位于吸引线圈中的磁棒,能通过自动调节线圈电流时天平梁保持平衡态,吸引线圈中的电流变化与样品的重量变化成正比, 由计算机自动采集数据得到 TG 曲线。燃烧失重速率曲线 DTG 可以通过对曲线的数学分析得到。
影响 TG曲线的因素
1. 试样量
用热重法测定时,试样量要求要少,一般2-5 mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高() ,另一方面如果试样量多,传达质阻力增大,试样内部温度梯度变大,甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温,使TG曲线发生变化。样品用量大,不仅样品内部温度梯度大,而且反应产物的扩散作用也慢,因此热重分析时应尽量使用少量的样品。
影响 TG曲线的因素
1. 升温速率的影响
升温速率越快,温度滞后越严重。
2. 气氛的影响
吹扫气体的改变对 TG曲线的影响非常显著。
3. 浮力效应的影响
浮力效应是由于升温使样品周围的气体热膨胀,从而导致相对密度下降,浮力减少,样品表观增重。