热分析概述

§1热分析技术的概述by：彭海龙一、热分析技术的概述热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、电学及磁学性质等。注意：一、热分析技术的概述1、热分析的起源1887年，法（德）国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土矿物在升温过程中的热性质的变化。1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照物间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析（DTA）技术的原始模型。1915年，日本人在分析天平的基础上研制出热天平，开创了热重分析(TG)技术。1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。1964年，美国人在DTA技术的基础上发明了示差扫描量热法(DSC),Perkin-Elmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。2.热效应一、热分析技术的概述•1）晶体中水的存在形式•①吸附水：H2O不参加晶格；存在于表面或毛细管内,失水温度在100-130℃。•②结晶水：H2O参加晶格；存在于结构中，不与其它单元形成化学键；失水时物相要变化；温度在100-300℃。•③结构水：以OH-形式参加晶格；存在于结构中，与其它单元形成化学键；失水时晶格崩溃；温度在300-1000℃。•④过渡类型的水：层间水、沸石水等。一、热分析技术的概述3.物质的热效应：①脱水--吸热；②分解--吸热,CaCO3=CaO+CO2;③相变--吸热或放热：熔化、升华、蒸发；④氧化--放热；⑤结晶--放热。一、热分析技术的概述4、热分析技术的分类根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前共分为9类17种.物理性质分析技术名称物理性质分析技术名称质量热重法等压质量变化测定逸出气检测逸出气分析放射热分析热微粒分析尺寸热膨胀法力学特性热机械分析动态热机械分析声学特性热发声法热传声法温度升温曲线测定差热分析光学特性热光学法电学特性热电学法热量差示扫描量热法磁学特性热磁学法一、热分析技术的概述热分析四大支柱差热分析(DTA)、热重分析(TG)、差示扫描量热分析(DSC)、热机械分析(TMA).1）热重测量法：在程序控制温度下，测量物质质量随温度变化的一种技术。2）差热分析：在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。3）差示扫描量热法：在程序控温下，测量物质在与参比物之间的能量差随温度变化的一种技术。4)热机械分析:在程序控温下,测量物质在外力作用下发生形变随温度变化的一种技术;一、热分析技术的概述一、热分析技术的概述5、热分析的主要优点1)可在宽广的温度范围内对样品进行研究；2)可使用各种温度程序（不同的升降温速率）；3)对样品的物理状态无特殊要求；4)所需样品量可以很少（0.1g～10mg）；5)仪器灵敏度高（质量变化的精确度达10-5）.把热分析与其它仪器串接或间歇联用，常用气相色谱仪、质谱仪、红外光谱仪、X光衍射仪等对逸出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的分析，从而推断出反应机理。一、热分析技术的概述6)可与其它技术联用；7)可获取多种信息。一、热分析技术的概述6.热分析的应用1)成分分析无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究。2)稳定性的测定物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等。3）化学反应的研究固体物质与气体反应的研究、催化剂性能的测定、反应动力学的研究、反应热的测定、相变和结晶过程的研究。一、热分析技术的概述4）材料质量的检定纯度的测定、固体脂肪指数的测定、高聚物的质量检验、以及液晶的相变、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命等的测定。5）材料力学性质的测定抗冲击性能、粘弹性、弹性模量、损耗模数和剪切模量等的测定。6）环境监测研究蒸气压、沸点、易燃性和易爆物的安全贮存条件等。•热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。•热天平：一种在程序控温条件下自动连续记录物质重量与温度（或时间）函数关系的仪器，由记录天平、天平加热炉、程序控温系统和记录仪构成。