文档介绍：差热分析摘要:差热分析作为一种通过焓变测量来研究物质物理化学性质的技术,在各方面有着广泛的应用。本文阐释了差热分析的基本原理,并以三氧化二铝(Al2O3)作为参照物,分别测量了五水硫酸铜(CuSO4•5H2O)和锡(Sn)样品的差热曲线,并结合样品相应的物理化学变化对其进行了分析。关键词:差热分析三氧化二铝锡五水硫酸铜引言差热分析(DTA)是在程序控制下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。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的温度变化,因此就其本质来说,差热分析是一种主要与焓变测定有关并借此了解物质有关性质的技术。物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化,与此同时,往往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、熔融等物理变化,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,这类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变时质量不一定改变,但温度是必定会变化的。差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术。若将在实验温区内呈热稳定的已知物质(参比物)和试样一起放入加热系统中(图1),并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸热或放热变化且与程序温度间不存在温度滞后时,试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。若试样发生放热变化,由于热量不可能从试样瞬间导出,于是试样温度偏离线性升温线,且向高温方向移动。反之,在试样发生吸热变化时,由于试样不可能从环境瞬间吸取足够的热量,从而使试样温度低于程序温度。只有经历一个传热过程试样才能回复到与程序温度相同的温度。在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相同的理想情况,用图1装置测得的试样和参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图2所示。图中参比物的温度始终与程序温度一致,试样温度则随吸热和放热过程的发生而偏离程序温度线。当Ts-TR=ΔT为零时,因中参比物与试样温度一致,两温度线重合,在ΔT曲线则为一条水平基线。图1图2试样吸热时ΔT<0,在ΔT曲线上是一个向下的吸热峰。当试样放热时ΔT>0,在ΔT曲线上是一个向上的放热峰。由于是线性升温,通过了T-t关系可将ΔT-t图转换成ΔT-T图。ΔT-t(或T)图即是差热曲线,表示试样和参比物之间的温度差随时间或温度变化的关系。差热曲线直接提供的信息文要有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数。通过它们不仅可以对物质进行定性和定量分析,而且还可以研究变化过程的动力学。峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类(吸热或放热)决定的。前者体现在峰的起始温度上,后者体现在峰的方向上。不同物质,其热性质是不向的,相应地差热曲线上的峰的位置、峰的个数和形状就不一样。这是用差热分析对物质进行定性分析的依据。但是,DTA曲线上峰的起始温度只是实验条件下仪器能够检测到的开始偏离基线的温度。无论是化学变化还是物理变化,根据ICTA的规定,该起始温度应是峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所对应的温度。对于大多数变化,这个温度与热力学平衡温度如熔点也有差别。主要原因是试样里存在温度梯度以及很难直接测准试样变化时的实际温度。若不考虑不向仪器的灵敏度不同等因素,外推起始温度比峰温更接近于热力学平衡温度。一般来说,峰温比较容易测定,但它既不反映变化速率到达最大值时的温度,也不代表放热或吸热结束时的温度,因而它的物理意义是不明确的。它比外推起始温度更容易随加热速率和其它一些实验因素而变化,从而大大降低了峰温在差热曲线上的特殊地位。而峰的面积则与反应过程的热效应有关,在热量测量中,应用最为广泛的计算式是Speil式:A=t1t2∆Tdt=ma∆Hgλs=Kma∆H=KQp由此可以看出差热曲线上的峰面积A与反应的热效应成正比,系数为K,故通过差热分析确定峰面积后,即可求得待测物质反应的热效应QP和焓变ΔH。:差热分析仪一台(如图3所示),计算机一台实验试剂:三氧化二铝(Al2O3)参比样品,五水硫酸铜(CuSO4•5H2O)样品,锡(Sn)-测量系统2-加热炉3-均温块4-信号放大器5-量程控制器6-记录仪7-温度程序控制仪试样和参比物分别放入杯状坩埚中,坩埚通常放入质量较大的金属或陶瓷块中,该金属或陶瓷块称为均温块,起减小温度波动和利于均匀传热的作用。温度差是用两支相同热电偶同极(通常为负极)串联(即差接)构成的差热电偶测定的,并经电子放大器将微弱直流电动势放大后与测温热电偶测得的温度信号同时由电子电位差计记录下来。采用电压放大技术后,大大提高了测定微小温差的灵敏度和准确度,也行可能将试样量减少到毫克级甚至微克级,这正是实际工作所期望的。