熱分析(TA)是指用熱力學(xué)參數(shù)或物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系進(jìn)行分析的方法。國際熱分析協(xié)會(huì)于1977年將熱分析定義為:“熱分析是測(cè)量在程序控制溫度下,物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度依賴關(guān)系的一類技術(shù)?!备鶕?jù)測(cè)定的物理參數(shù)又分為多種方法。
熱分析技術(shù)能快速準(zhǔn)確地測(cè)定物質(zhì)的晶型轉(zhuǎn)變、熔融、升華、吸附、脫水、分解等變化,對(duì)無機(jī)、有機(jī)及高分子材料的物理及化學(xué)性能方面,是重要的測(cè)試手段。熱分析技術(shù)在物理、化學(xué)、化工、冶金、地質(zhì)、建材、燃料、輕紡、食品、生物等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
優(yōu)點(diǎn):
1. 可在寬廣的溫度范圍內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行研究;
2. 可使用各種溫度程序(不同的升降溫速率);
3. 對(duì)樣品的物理狀態(tài)無特殊要求;
4. 所需樣品量很少(0.1μg- 10mg);
5. 儀器靈敏度高(質(zhì)量變化的精確度達(dá)10-5);
6. 可與其他技術(shù)聯(lián)用;
7. 可獲取多種信息。
影響熱分析測(cè)量的實(shí)驗(yàn)因素有哪些?
1、升溫速率對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
1)對(duì)于以TG,DSC曲線表示的試樣的某種反應(yīng),提高升溫速率通常是使反應(yīng)的起始溫度Ti,峰溫Tp和終止溫度Tf增高??焖偕郎兀沟梅磻?yīng)尚未來得及進(jìn)行,便進(jìn)入更高的溫度,總成反應(yīng)滯后(如上圖)。
(2)快速升溫是將反應(yīng)推向在高溫區(qū)以更快的速度進(jìn)行,即不僅使DSC曲線的峰溫Tp升高,且峰幅度變窄,呈尖高峰。
2、試樣用量與粒度對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)的影響
少量試樣有利于氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散和試樣內(nèi)部溫度的均衡,減小溫度梯度,降低試樣溫度與環(huán)境線性升溫的偏差,這是由于試樣的吸、放熱效應(yīng)而引起的。
3、氣氛對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
對(duì)于形成氣體產(chǎn)物的反應(yīng),如不將氣體產(chǎn)物及時(shí)排除,或通過其他方式提高氣氛中氣體產(chǎn)物的分壓,會(huì)使反應(yīng)向高溫移動(dòng)。氣氛氣的導(dǎo)熱性良好,有利于向體系提供更充分的熱量,提高分解反應(yīng)的速率。氬、氮和氦這三種惰性氣體導(dǎo)熱率與溫度的關(guān)系是依次遞增的。
4、浮力,對(duì)流和湍流對(duì)TG曲線的影響
樣品支架所處介質(zhì)空間氣相密度隨溫度的升高二降低,因而浮力減小,表現(xiàn)為表觀增重。對(duì)試樣容器來說,朝上流動(dòng)的空氣引起表觀失重,二空氣湍流引起增重,這與坩堝的尺寸和形狀有關(guān),可借助于試樣容器上方的出氣孔加以調(diào)整,但使TG曲線在整個(gè)溫度范圍內(nèi)沒有表觀質(zhì)量變化是比較困難的。
5、裝樣的緊密程度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
試樣在坩堝中裝填的松緊程度會(huì)影響熱分解氣體產(chǎn)物向周圍介質(zhì)空氣的擴(kuò)散和試樣與氣氛的接觸。
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