物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)差熱分析

1、 差熱分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙笳莆詹顭岱治龅幕驹砗头椒?，用差熱分析儀測(cè)定硫酸銅的差熱圖，并掌握定性解釋圖譜的基本方法。掌握差熱分析儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)在受熱或冷卻的過(guò)程中，如有物理或化學(xué)的變化會(huì)伴有熱效應(yīng)發(fā)生。差熱分析是測(cè)定在同一受熱條件下，試樣與參比物（在所測(cè)定的溫度范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生任何物理或化學(xué)變化的熱穩(wěn)定的物質(zhì)）之間溫差QT）對(duì)溫度（T）或時(shí)間（t）關(guān)系的一種方法。差熱分析儀結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。它包括HTH1-I型加熱器、NTC-I型溫度控制儀、放置樣品和參比物的坩堝、盛放坩堝并使其溫度均勻的保持器、測(cè)溫?zé)犭娕?、NDTA-II型差熱分析儀和計(jì)算機(jī)。圖一差熱分析儀結(jié)構(gòu)原理圖溫度控

2、制儀控制加熱爐的溫度和升溫速率，差熱分析儀采集樣品和參比物之間的溫差隨溫度及時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)繪制溫度-溫差曲線，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和處理。兩對(duì)相同材料熱電偶并聯(lián)而成的熱電偶組，它們分別置于樣品和參比物的中心。測(cè)量它們的溫差（T）和它們的溫度。H試樣與參比物放入坩堝后，按一定的速率升溫，如果參比物和試樣熱容大致相同就能得到理想的差熱分析圖，圖中T是由插在參比物的熱電偶所反映的溫度曲線。AH線反映試樣與參比物間的溫差曲線。如試樣無(wú)熱效應(yīng)發(fā)生，那樣與參比物間紅=0，在曲線上AB、DE、GH是平滑的基線。當(dāng)有熱效發(fā)生而使試樣的溫度高于參比物，則出現(xiàn)如BCD峰頂向下的放熱峰。反之，峰頂向

3、上的EFG吸熱峰。差熱圖中峰的數(shù)目多少，位置、峰面積、方向、高度、寬度、對(duì)稱(chēng)性反映了試樣在所測(cè)量溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的物理變化和化學(xué)變化次數(shù)、發(fā)生轉(zhuǎn)化的溫度范圍、熱效應(yīng)大小及正負(fù)。峰的高度、寬度、對(duì)稱(chēng)性除與測(cè)試條件有關(guān)外還與樣品變化過(guò)程的動(dòng)學(xué)因素有關(guān)。所測(cè)得的差熱圖比理想的差熱圖復(fù)雜得多。三、儀器與藥品NDTA-II型差熱分析儀CUSO45H20（分析純）；a-AL203（分析純）四、實(shí)驗(yàn)步驟按照儀器說(shuō)明書(shū)將儀器聯(lián)接妥當(dāng)。并斷開(kāi)NTC-I型溫度控制儀、NDTA-II型差熱分析儀和計(jì)算機(jī)電源。安裝樣品和參比物取下加熱器小帽，小心取下加熱器；取下坩堝保持器并打開(kāi)蓋；分別將被測(cè)樣品和參比物裝入兩只清潔的

4、坩堝內(nèi)，兩者質(zhì)量(67mg)相等適當(dāng)用力搗實(shí)，再將坩堝插進(jìn)保持器的孔中；熱電偶頂端涂上少量導(dǎo)熱硅脂，再將坩堝保持器上裝有坩堝的兩個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)熱電偶，使裝樣品坩堝對(duì)準(zhǔn)“樣品”熱電偶，裝參比物的坩堝對(duì)準(zhǔn)“參比”熱電偶后小心套上，適當(dāng)安壓坩堝，盡量使坩堝與熱電偶接觸良好。然后裝上保持器小蓋；小心裝上加熱器，盡量避免碰撞坩堝保持器，然后裝上加熱器小帽；將加熱器電纜插入加熱器電源接口；更換樣品或其他工作需要取下加熱器，應(yīng)首先切斷電源，待加熱器溫度降低后再操作，避免燙傷。分別檢查以下各部件的聯(lián)接狀態(tài)：檢查聯(lián)接NTC-I型溫度控制儀和NDTA-II型差熱分析儀的電源線；檢查聯(lián)接NTC-I型溫度控制儀的加熱電纜；

5、檢查聯(lián)接NTH-I型加熱器和NDTA-II型差熱分析儀的熱電偶；檢查聯(lián)接NDTA-II型差熱分析儀和NTC-I型溫度控制儀的熱電偶；檢查聯(lián)接NDTA-II型差熱分析儀和計(jì)算機(jī)的通訊電纜； 檢查無(wú)誤后，分別接通NTC-I型溫度控制儀、NDTA-II型差熱分析儀和計(jì)算機(jī)電源。NTC-I型溫度控制儀工作參數(shù)的設(shè)定)按下“設(shè)置”鍵，溫度顯示器顯示“C”，通過(guò)“+1”、“-1”、“X10”鍵設(shè)置加熱器目標(biāo)溫度(單位C)；(300C)再按下“設(shè)置”鍵，溫度顯示器顯示“i，通過(guò)”、“-1”、“X10”鍵設(shè)置加熱器功率(單位W),(使升溫速度約為10C)再按下“設(shè)置”鍵，溫度顯示器顯示“P2”，通過(guò)”、“-1

6、”、“X10”鍵設(shè)置加熱器保溫功率(單位W)；再按下“設(shè)置”鍵，溫度顯示器顯示“t1，通過(guò)”、“-1”、“X10”鍵設(shè)置NTC-I型溫度控制儀定時(shí)報(bào)警時(shí)間間隔，單位：秒；再按下“設(shè)置”鍵，溫度顯示器顯示“n”，通過(guò)”、“-1”鍵設(shè)置NTC-I型溫度控制儀定時(shí)報(bào)警蜂鳴器開(kāi)與關(guān)；再按下“設(shè)置”鍵，NTC-I型溫度控制儀退出“設(shè)置”狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；NDTA-II型差熱分析系統(tǒng)軟件使用)運(yùn)行“NDTASETUP.EXE、將本軟件安裝至硬盤(pán)，建議使用“D：NDTA”文件夾，然后在桌面上建立名為“”的快捷方式圖標(biāo)；2)雙擊“”圖標(biāo)，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，工作界面如圖三所示。 工具條按鈕排列如圖四所示。NN

7、aI色列也aJ旦#JiJyJ圖四工具條按鈕從左到右依次為：開(kāi)始采集：當(dāng)上述所有準(zhǔn)備工作完成后，按下溫度控制儀“加熱”鍵，加熱器開(kāi)始加熱，同時(shí)“加熱”指示燈亮。點(diǎn)擊“開(kāi)始采集“按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，窗口如圖五所示。隨著時(shí)間變化，兩條曲線逐漸延伸。藍(lán)色曲線為參比物溫度-時(shí)間曲線，紅色曲線為參圖五開(kāi)始采集窗口比物與樣品的溫差-時(shí)間曲線。移動(dòng)光標(biāo)，可在狀態(tài)欄左側(cè)看到光標(biāo)所在位置的坐標(biāo)值。當(dāng)光標(biāo)停在溫差-時(shí)間曲線上時(shí)，顯示的是溫差-時(shí)間值，其他位置則顯示溫度-時(shí)間值。雙擊鼠標(biāo)左鍵，在光標(biāo)位置上出現(xiàn)一個(gè)標(biāo)志并在其下方標(biāo)出該點(diǎn)的坐標(biāo)值。停止采集：數(shù)據(jù)采集完成后，點(diǎn)擊此按鈕圖六停止采集窗口停止采集任務(wù)，

8、彈出一個(gè)對(duì)話框詢(xún)問(wèn)是否保存數(shù)據(jù)，窗口如圖六所示。如回答“是”則再次彈出一個(gè)對(duì)話框提示保存數(shù)據(jù)文件的文件名，默認(rèn)的文件名是：差熱分析日期序號(hào)。建議使用默認(rèn)文件名。如回答“否”則放棄全部數(shù)據(jù)。溫度溫差時(shí)間曲線：點(diǎn)擊此按鈕，繪制溫度溫差時(shí)間曲線。如圖七所示。圖七溫度/溫差-時(shí)間曲線圖八溫差-溫度曲線 # 溫差-溫度曲線：點(diǎn)擊此按鈕，繪制溫差-溫度曲線。如圖八所示。光滑曲線：當(dāng)顯示溫差-溫度曲線時(shí)，點(diǎn)擊此按鈕消除曲線毛刺。原始曲線如圖九所示，經(jīng)光滑后的曲線如圖十、圖十一、圖十二和圖十三所示。圖九原始曲線擦除曲線：擦除所有曲線，刷新屏圖十擦除標(biāo)志：保留曲線，擦除所有標(biāo)志。打開(kāi)文件：打開(kāi)已有的數(shù)據(jù)文件，繪

9、制溫度/溫差-時(shí)間曲線。窗口如圖十四所示五、打?。簩⑵翈椭畔ⅲ和顺觯航Y(jié)束和日期時(shí)間等輸出到打印機(jī)。注意事項(xiàng).試樣需研磨與參比物粒度相仿（約20目0），兩者裝填在坩堝中的緊密程度應(yīng)盡量相同。將儀器放置在無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的區(qū)域內(nèi)，并將型加熱器放置穩(wěn)固;請(qǐng)勿帶電插拔各種纜線接口，防止損壞儀器；取下或放置加熱器時(shí)，應(yīng)防止?fàn)C傷；六、數(shù)據(jù)處理1指出樣品差熱圖中各峰的起始溫度和峰溫。2討論各峰所對(duì)應(yīng)的可能變化。七、思考題1差熱分析與簡(jiǎn)單熱分析（步冷曲線法）有何異同？2在實(shí)驗(yàn)中為什么要選擇適當(dāng)?shù)臉悠妨亢瓦m當(dāng)?shù)纳郎厮俾剩?測(cè)溫?zé)犭娕疾逶谠嚇又泻筒逶趨⒈任镏?，其升溫曲線是否相同？八、討論1差熱分析是一種動(dòng)態(tài)分析方

10、法，因此實(shí)驗(yàn)條件對(duì)結(jié)果有很大的影響，一般要求：試樣用量盡可能少。這樣可得到比較尖銳的峰，并能分辨出靠得很近的峰，樣品過(guò)多往往會(huì)使峰形成“大包”，并使相鄰的峰相互重疊而無(wú)法分辨。選擇適宜的升溫速率。低的升溫速率基線漂移小，所得峰形顯得矮和寬，可分辨出靠得很近的變化過(guò)程，但測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)。升溫速率高時(shí)峰形比較尖銳，測(cè)定時(shí)間短，但基線漂移明顯，與平衡條件相距較遠(yuǎn)，出峰溫度誤差大，分辨力下降。2作為參比物的材料，要求在整個(gè)測(cè)定溫度范圍內(nèi)應(yīng)保持良好的熱穩(wěn)定性，不應(yīng)有任何熱效應(yīng)產(chǎn)生，常用的參比物有煅燒過(guò)的、石英砂等。測(cè)定時(shí)應(yīng)盡可能選取與試樣的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)相近的物質(zhì)作參比物。有時(shí)為使試樣與參比物熱性質(zhì)相近，可在試樣中摻入?yún)⒈任铮樵嚇恿康?倍2倍）。3從理論上講，差熱曲線峰面積（）的大小與試樣所產(chǎn)生的熱效應(yīng)（）大小成正比，即，為比例常數(shù)，將未知試樣與已知熱效應(yīng)物質(zhì)的差熱峰面積相比，就可求出未知試樣的熱效應(yīng)。實(shí)際上，由于樣品和參比物間往往存在著比熱，導(dǎo)熱系數(shù)、粒度、裝填緊密程度等方面不同，在測(cè)定過(guò)程中又由于熔化，分解轉(zhuǎn)晶等物理或化學(xué)性質(zhì)的改變、未知物試樣和參比物的比例常數(shù)并不相同，故用它來(lái)進(jìn)行