實(shí)驗(yàn)十二報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上差熱與熱重分析研究CuSO45H20的脫水過程實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：吉武良 院系：化院20系 學(xué)號(hào)：PB一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握差熱分析法和熱重法的基本原理和分析方法，了解差熱分析儀，熱重分析儀，差熱熱重聯(lián)用儀的基本結(jié)構(gòu)，熟練掌握儀器操作。（2）運(yùn)用分析軟件對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究CuSO45H20的脫水過程。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 差熱分析法物質(zhì)在受熱或冷卻過程中,當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí),往往回發(fā)生熔化、凝固、晶型轉(zhuǎn)變、分解、化合、吸附、脫附等物理或化學(xué)變化，并伴隨著焓的改變，因而產(chǎn)生熱效應(yīng)，其表現(xiàn)為體系與環(huán)境（樣品與參比物）之間有溫度差。差熱分析是在程序控溫下測(cè)量樣品和參比物的溫度差與

2、溫度（或時(shí)間）相互關(guān)系。在加熱（或冷卻）過程中，因物理-化學(xué)變化而產(chǎn)生吸熱或者放熱效應(yīng)的物質(zhì)，均可運(yùn)用差熱分析法進(jìn)行鑒定。2. 熱重法物質(zhì)受熱時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)量也隨之改變，測(cè)定物質(zhì)質(zhì)量的變化就可研究其過程。熱重法（TG）是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。熱重法的主要特點(diǎn)是定量強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測(cè)量物質(zhì)的變化及變化的速率。從熱重法派生出微商熱重法（DTG），即TG曲線對(duì)溫度（或時(shí)間）的一階導(dǎo)數(shù)。DTG曲線能精確地反映出起始反應(yīng)溫度，達(dá)到最大反應(yīng)速率的溫度和反應(yīng)終止溫度。在TG曲線上，對(duì)應(yīng)于整個(gè)變化過程中各階段的變化互相銜接而不易分開，同樣的變化過程在DTG曲線上能呈現(xiàn)出明顯的最

3、大值，故DTG能很好地顯示出重疊反應(yīng)，區(qū)分各個(gè)反應(yīng)階段，而且DTG曲線峰的面積精確地對(duì)應(yīng)著變化了的質(zhì)量，因而DTG能精確地進(jìn)行定量分析。現(xiàn)在發(fā)展起來的差熱-熱重（DTA-TG）聯(lián)用儀，是將DTA與TG的樣品室相連，在同樣氣氛中，控制同樣的升溫速率進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)得到DTA和TG曲線，從而一次測(cè)試得到更多的信息，對(duì)照進(jìn)行研究。三、儀器與試劑 1儀器日本島津公司DTA-50差熱分析儀；TGA-50熱重分析儀；DTG60H差熱-熱重聯(lián)用儀；FC60A氣體流量控制器；TA-60WS工作站；電子天平等。2試劑待測(cè)樣品CuSO4×5H2O；參比物Al2O3。四實(shí)驗(yàn)步驟1. 差熱分析（DTA）(1)

4、 通水通氣 接通冷卻水，開啟水源使水流暢通，保持冷卻水流量300ml/min以上，根據(jù)需要在通氣口通入保護(hù)氣體，將氣瓶出口壓力調(diào)節(jié)到0.59到0.98Mpa.(2) 開機(jī) 依次打開專用變壓器開關(guān)，DTA -50開關(guān)，TA-60WS工作站開關(guān)，同時(shí)開啟計(jì)算機(jī)開關(guān)和打印機(jī)開關(guān)。(3) 調(diào)節(jié)氣體流量 將儀器左側(cè)流量控制鈕旋至25ml/min至50ml/min。(4) 稱量及放樣 用電子天平稱10mg樣品后放入坩堝內(nèi)，在另一只坩堝內(nèi)放入適量參比物（大致比例：試樣為無機(jī)物時(shí)，試樣與參比物1：1；試樣為有機(jī)物時(shí)，試樣與參比物1：2），將兩只坩堝輕輕敲打顛實(shí)，按DTA-50 控制面板鍵，爐子升起，將試樣坩堝

5、放在檢測(cè)支持器右皿，將參比物坩堝放在左皿，按鍵放下爐子。(5) 參數(shù)設(shè)定 電腦屏幕上進(jìn)入TA-60WS Collect界面，點(diǎn)擊DTA-50，點(diǎn)擊Measure，輸入升溫速率，終止溫度；進(jìn)入PID Parameters，確定P：10；I：10；D：10；進(jìn)入Sampling Parameters，確定Samplingtime：10；進(jìn)入File Information，依次輸入測(cè)量序號(hào)、樣品名稱、重量、分子量、坩堝名稱、氣氛、氣體流速、操作者姓名。檢查計(jì)算機(jī)輸入的參數(shù)，單擊“確認(rèn)”。(6) 測(cè)量 回到Measure，點(diǎn)擊Sart，測(cè)量開始。當(dāng)試樣達(dá)到預(yù)設(shè)的終止溫度時(shí)，測(cè)量自動(dòng)停止。(7) 關(guān)機(jī)

6、 等爐溫降下來再依次關(guān)TA-60WS工作站開關(guān)，DTA -50開關(guān)，專用變壓器開關(guān)，關(guān)冷卻水，關(guān)氣瓶（為保護(hù)儀器，注意爐溫在500C以上不得關(guān)閉DTA-50主機(jī)電源）。(8)數(shù)據(jù)分析 進(jìn)入分析界面（Analysis），打開所做測(cè)量文件，由所測(cè)樣品的DTA曲線，選擇項(xiàng)目進(jìn)行分析，如切線（Tangent）求反應(yīng)外推起始點(diǎn)，Peak求峰值，Peak Height 求峰高，Heat求峰面積，等等。最后數(shù)據(jù)存盤，打印差熱曲線圖。2. 熱重分析（TG）(1)通氣 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要在通氣口通入保護(hù)氣體，將氣瓶出口壓力調(diào)節(jié)到0.59到0.98Mpa.(2)開機(jī) 依次打開專用變壓器開關(guān)，TGA-50開關(guān)，工作站開關(guān)

7、，同時(shí)開啟計(jì)算機(jī)及打印機(jī)開關(guān)。(3) 調(diào)節(jié)氣體流量 將儀器左側(cè)流量控制鈕旋至25ml/min至50ml/min。(4) 天平調(diào)零 按TGA-50控制面板鍵，爐子下降，將樣品托板撥至爐子瓷體端口（注意為避免操作失誤導(dǎo)致雜物掉入加熱爐中，在打開爐子操作時(shí)，一定要將樣品托板撥至熱電偶下），用鑷子取一只空坩堝小心放入Pt樣品吊籃內(nèi)，移開樣品托板，按鍵升起爐子，待天平穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)控制面板上平衡鈕及歸零鍵，儀器自動(dòng)扣除坩堝自重。(5)放樣 按down鍵，爐子下降，移過樣品托板,小心取出坩堝，裝入約占坩堝1/3-1/2高度的樣品，輕輕敲打坩堝使樣品均勻，然后將坩堝放入樣品吊籃內(nèi)，移開樣品托板，升起爐子(6)

8、測(cè)量 電腦屏幕上進(jìn)入TA-60WS COLLECT界面，點(diǎn)擊TGA-50，進(jìn)入Measure，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定，輸入升溫速率，終止溫度等等；進(jìn)入PID Parameters，確定P：10；I：10；D：10；進(jìn)入Sampling Parameters，確定SamplingTime：10；進(jìn)入File Information，依次輸入測(cè)量序號(hào)，樣品名稱，重量（點(diǎn)擊Read Weight，電腦會(huì)直接顯示出樣品重量），分子量，坩堝名稱，氣氛，氣體流速，操作者姓名，回到Measure，點(diǎn)擊Sart，測(cè)量開始，爐內(nèi)開始加熱升溫，記錄開始。當(dāng)試樣達(dá)到預(yù)設(shè)的終止溫度時(shí)，測(cè)量自動(dòng)停止。(7)關(guān)機(jī) 等爐溫降下來

9、再依次關(guān)TA-60WS工作站開關(guān)，TGA -50開關(guān)，專用變壓器開關(guān)，關(guān)氣瓶（為保護(hù)儀器，注意爐溫在500以上不得關(guān)閉TGA-50主機(jī)電源）。(8)數(shù)據(jù)分析 進(jìn)入分析界面（Analysis），打開所做測(cè)量文件，對(duì)原始熱重記錄曲線進(jìn)行適當(dāng)處理，先對(duì)其求導(dǎo)，得到DTG曲線；選定每個(gè)臺(tái)階或峰的起止位置，算出各個(gè)反應(yīng)階段的TG失重百分比，失重始溫，終溫，失重速率最大點(diǎn)溫度。最后數(shù)據(jù)存盤，打印熱重曲線圖。3. 差熱-熱重聯(lián)用（DTA-TG）(1) 開機(jī) 打開 DTG-60 主機(jī)、計(jì)算機(jī)、TA-60WS 工作站以及 FC-60A 氣體控制器。 (2) 氣體 接好氣體管路。 DTG-60 主機(jī)后面有 3 個(gè)

10、氣體入口。測(cè)定樣品用“GAS1 （purge）”入口，通常使用 N2、He或 Ar 等惰性氣體，流量控制在 30-50mL/min；分析樣品中用到反應(yīng)氣的情況，使用“GAS2（reaction）”入口通入氣體，通常使用 O2，流量最大 100mL/min；氣體吹掃清理樣品腔時(shí)使用“cleaning”窗口，通常使用 N、空氣，流量控制在 200-300mL/min。 注意：請(qǐng)將所使用入口之外的其他氣體入口堵住。 (3) 按 DTG-60AH 主機(jī)前面板的“OPEN/ CLOSE”鍵，爐蓋緩緩升起。把空白坩堝放置于左邊參比樣品盤，把空的樣品坩堝放置于右邊樣品盤中，按“OPEN/ CLOSE”鍵降下

11、爐蓋。 (4) TG 基線(重量值)穩(wěn)定后，按前面板的“DISPLAY”鍵，前面板屏幕顯示重量值，按“ZERO”鍵，重量值歸零，顯示“0.000mg”。如果歸零后，讀數(shù)跳動(dòng)，可以多按幾次“ZERO”鍵，直到讀數(shù)為零，或者上下漂移很小。備注：通過面板上的“DISPLAY”鍵，可以使顯示在溫度、電壓、質(zhì)量之間切換。 (5) 按“OPEN/ CLOSE”鍵，升起爐蓋,用鑷子把右邊樣品盤上的坩鍋取下，裝上適量的樣品，重新放到右邊的樣品盤上。樣品質(zhì)量一般為 3-5mg，請(qǐng)保證樣品平鋪于坩堝底部，與坩堝接觸良好。 (6) 按“OPEN/ CLOSE”鍵，降下爐蓋。當(dāng)屏幕顯示 TG (重量值)穩(wěn)定后，儀器內(nèi)

12、置的天平自動(dòng)精確稱出樣品的重量，并顯示出來。(7) 設(shè)定測(cè)定參數(shù) 點(diǎn)擊桌面上 TA-60WS Collection Monitor 圖標(biāo)，打開 TA-60WS Acquisition 軟件。并在 Detector 窗口中選擇 DTG-60AH，點(diǎn)擊“Measure”菜單下的“Measuring Parameters”, 彈出“Setting Parameters”窗口。在“Temperature Program”一項(xiàng)中編輯起始溫度以及溫度程序。 在 Sampling Parameters 窗口中，把 Sampling Time 設(shè)定為 1sec（標(biāo)準(zhǔn)品校正時(shí)設(shè)定為 0.1sec）。 在“Fil

13、e Information”窗口中輸入樣品基本信息。包括：樣品名稱、 重量、坩堝材料，使用氣體種類、氣體流速、操作者等信息。點(diǎn)擊“確定”關(guān)閉“Setting Parameters”窗口。 (8) 樣品測(cè)試 等待儀器基線穩(wěn)定后（大約 10 分鐘），點(diǎn)擊“Start”鍵，在彈出“Start”窗口中設(shè)定文件名稱以及儲(chǔ)存路徑。點(diǎn)擊“Read Weight”,這樣儀器檢測(cè)器把置于樣品盤的樣品重量顯示在“Sample Weight”一項(xiàng)。（如果選中“Take the initial TG signal for the sample mass”一項(xiàng)，樣品重量的數(shù)值將會(huì)記錄為剛剛開始測(cè)定時(shí)的 TG 值，這個(gè)功

14、能在樣品重量隨準(zhǔn)備測(cè)定過程中變化的情況下使用，比如測(cè)定高揮發(fā)性樣品的時(shí)候。）點(diǎn)擊“Start”運(yùn)行一次分析測(cè)試，儀器會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行，并按照設(shè)定的路徑儲(chǔ)存文件。樣品分析完成后，等待樣品腔溫度降到室溫左右，取出樣品和參比坩堝，關(guān)機(jī)。 (9) 數(shù)據(jù)分析 點(diǎn)擊 ta60 圖標(biāo)，打開數(shù)據(jù)分析軟件。點(diǎn)擊“文件”菜單下的“打開”項(xiàng)，在分析軟件中打開所需分析的測(cè)量文件。 鼠標(biāo)選中 DTG 曲線，點(diǎn)擊“Analysis”菜單中“peak”項(xiàng)，或者點(diǎn)擊“peak”按鈕，設(shè)定溫度范圍，即可給出峰值溫度；亦可選取起始點(diǎn)作為測(cè)定結(jié)果，點(diǎn)擊“Analysis”菜單中“Tangent”一項(xiàng)，彈出 Tangent

15、窗口。用鼠標(biāo)分別在曲線上 峰的起始點(diǎn)和到達(dá)峰高之前斜率相對(duì)穩(wěn)定的一個(gè)點(diǎn)上點(diǎn)擊，來選定起始點(diǎn)。點(diǎn)擊 Analyse”，熔點(diǎn)確定的 tangent 點(diǎn)確定出來。再次點(diǎn)擊“Analyse”，分析物的熔點(diǎn)就會(huì)在計(jì)算出來并在峰旁邊顯示。了可以給出峰值溫度外，還可以提供有關(guān)峰值的其他信息，可在Option選項(xiàng)中進(jìn)行。鼠標(biāo)選中 DTA 曲線，點(diǎn)擊“Analysis”菜單中“Heat”一項(xiàng)，彈出 Heat 窗口。用鼠標(biāo)規(guī)定峰的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，點(diǎn)擊“Analyse”，具體結(jié)果在屏幕上顯示出來。所得數(shù)值表示樣品吸收或釋放多大的熱量。熱量的顯示可以以多種單位給出，在點(diǎn)擊Heat后彈出的對(duì)話框中，有Option 選項(xiàng)

16、?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行選擇，并添加文字注釋，中英文均可。鼠標(biāo)選中 TG 曲線，點(diǎn)擊“Analysis”菜單中“Weight Loss”一項(xiàng)，彈出 Weight Loss 窗口。用鼠標(biāo)規(guī)定峰的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，點(diǎn)擊“Analyse”，樣品重量的變化，以及起始點(diǎn)時(shí)間、溫度等都會(huì)顯示出來。重量的顯示可以以多種單位給出，在點(diǎn)擊Weight Loss后彈出的對(duì)話框中，有 Option 選項(xiàng)?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行選擇，并添加文字注釋，中英文均可。 (10) 出具報(bào)告 點(diǎn)擊菜單“file”中“print”,彈出打印窗口。選擇路徑，可以把 DTG 圖和分析參數(shù)打印到 Microsoft Office Document

17、Image Writer 或者 Adobe Reader 上或者打印到文件。 五、 注意事項(xiàng)（1） 坩堝一定要清洗干凈，否則不僅影響導(dǎo)熱，而且坩堝殘余物在受熱過程中也會(huì)發(fā)生物理化學(xué)變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2） 樣品用量要適度，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)只需10mg左右。（3）坩堝輕拿輕放，尤其是操作熱重儀時(shí)，一定要小心，取放坩堝時(shí)，一定要將樣品托板移過來，以免掉入異物到加熱爐膛內(nèi)。（4）實(shí)驗(yàn)用量 3 到 5 毫克，請(qǐng)勿放入太多樣品，以免影響樣品測(cè)定的熱傳遞效果；樣品量也不要太少，否則會(huì)影響了測(cè)定結(jié)果的精度。（5）樣品放入后，儀器示數(shù)需要穩(wěn)定數(shù)分鐘，同時(shí)保證爐體內(nèi)的氛圍是實(shí)驗(yàn)所需的氣體氛圍。（6）儀器使用

18、過程中，一般需要通氮?dú)猓胀悠窚y(cè)定時(shí)，氮?dú)饬髁?3050ml/min。六、 數(shù)據(jù)處理1.DTA曲線分析CuSO4·5H2O編號(hào)123起始溫度/72.74/210.70峰值溫度/89.72115.78235.59熱效應(yīng)/-261.75參考脫水溫度/85115230表1.DTA數(shù)據(jù)分析表2.DTG曲線分析CuSO4·5H2O峰123失重百分比/%15.11928.25635.012理論失重百分比/%14.41828.83736.046表2.DTG數(shù)據(jù)分析表峰1：250*0.15119/18=2.10,可以近似認(rèn)為失去了2分子水。方程為：CuSO4·5H2O = Cu

19、SO4·3H2O+ 2H2O峰2：250*0.28256/18=3.92,可以近似認(rèn)為失去了4分子水。方程為：CuSO4·3H2O = CuSO4·H2O+ 2H2O峰1：250*0.35012/18=4.86,可以近似認(rèn)為失去了5分子水。方程為：CuSO4·H2O = CuSO4+ H2O3.DSC曲線分析樣品In峰12T1/156.56153.58峰值溫度/158.60153.13T2/162.15151.28熱效應(yīng)/J·g-1-29.7829.83表3.DSC數(shù)據(jù)分析表峰1為熔化所產(chǎn)生的，峰2為凝固所產(chǎn)生的。七、思考題1.DTA實(shí)驗(yàn)中如何

20、選擇參比物，要注意哪些事項(xiàng)？影響差熱分析結(jié)果的主要因素有哪些？  要獲得平穩(wěn)的基線，參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化，在整個(gè)升溫過程中參比物的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。 影響儀器儀表差熱分析的主要因素： （1）氣氛和壓力的選擇   氣氛和壓力可以影響樣品化學(xué)反應(yīng)和物理變化的平衡溫度、峰形。因此，必須根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)臍夥蘸蛪毫?，有的樣品易氧化，可以通入N2、Ne等惰性氣體。  （2）升溫速率的影響和選擇   升溫速率不僅影

21、響峰溫的位置，而且影響峰面積的大小，一般來說，在較快的升溫速率下峰面積變大，峰變尖銳。但是快的升溫速率使試樣分解偏離平衡條件的程度也大，因而易使基線漂移。更主要的可能導(dǎo)致相鄰兩個(gè)峰重疊，分辨力下降。較慢的升溫速率，基線漂移小，使體系接近平衡條件，得到寬而淺的峰，也能使相鄰兩峰更好地分離，因而分辨力高。但測(cè)定時(shí)間長，需要儀器的靈敏度高。一般情況下選擇10/min15/min為宜。  （3）試樣的預(yù)處理及用量   試樣用量大，易使相鄰兩峰重疊，降低了分辨力。一般盡可能減少用量，最多大至毫克。樣品的顆粒度在100目200目左右，顆粒小可以改善導(dǎo)熱條件

22、，但太細(xì)可能會(huì)破壞樣品的結(jié)晶度。對(duì)易分解產(chǎn)生氣體的樣品，顆粒應(yīng)大一些。參比物的顆粒、裝填情況及緊密程度應(yīng)與試樣一致，以減少基線的漂移。  （4）參比物的選擇   要獲得平穩(wěn)的基線，參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化，在整個(gè)升溫過程中參比物的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。    常用三氧化二鋁（-Al2O3）或煅燒過的氧化鎂或石英砂作參比物。如分析試樣為金屬，也可以用金屬鎳粉作參比物。如果試樣與參比物的熱性質(zhì)相差很遠(yuǎn)，則可用稀釋試樣的方法解決，主要是減少反應(yīng)劇烈程度

23、；如果試樣加熱過程中有氣體產(chǎn)生時(shí)，可以減少氣體大量出現(xiàn)，以免使試樣沖出。選擇的稀釋劑不能與試樣有任何化學(xué)反應(yīng)或催化反應(yīng)，常用的稀釋劑有SiC、Al2O3等。  除上述外還有許多因素，諸如樣品管的材料、大小和形狀、熱電偶的材質(zhì)以及熱電偶插在試樣和參比物中的位置等都是應(yīng)該考慮的因素。 2. CuSO4·5H2O計(jì)算理論失重率，與實(shí)測(cè)值比較。如有差異，討論原因。    失重率與理論值見表2。差異的原因：實(shí)驗(yàn)儀器本身有一定的誤差，樣品純度有限。 八、誤差分析氣氛的影響：     氣氛可以是惰性的，也可以是參加反應(yīng)的，視實(shí)驗(yàn)要求而定。測(cè)定時(shí)所用的氣氛不同，有時(shí)會(huì)得到完全不同的DSC曲線。例如某一樣品在氧氣中加熱會(huì)產(chǎn)生氧化裂解反應(yīng)先放熱，后吸熱；如在氯氣中進(jìn)行，產(chǎn)生的是分解反應(yīng)吸熱反應(yīng)。二者的DSC曲線就明顯不同。