无机材料的综合热分析（DSC/TG）
无机材料的综合热分析（DSC/TG）
一、实验目的与任务1了解热分析仪STA-449C的仪器装置、工作原理及使用方法2.学会用热分析仪STA-449C测量无机材料的DSC/TG曲线
一、实验目的与任务 1．了解热分析仪 STA-449C的仪器装置、工作原理及使用方法。 2．学会用热分析仪 STA-449C测量无机材料的DSC/TG曲线
二、仪器结构原理及特点物质在加热过程中的某一特定温度下，往往会发生物理、化学变化并伴随有吸、放热现象。差示量热分析（DSC）是通过物质在加热过程中特定温度下的吸、放热现象来研究物质的各种性质的。STA-449C是世界上最先进的同步TG-DSC分析仪器，拥有最高解析度的TG/DSC与无可比拟的长时间稳定性，即使在14O0C以上的高温，仍能保证DSC传感器的高灵敏度与比热测量的准确性。针对无机材料、高分子材料等不同的应用领域，STA-449C可以选配四个可自由更换的炉体，覆盖-120C～1650C的宽广温度范围。STA-449C配备带电磁补偿的的超微量天平，具有高准确度、ug级的分辨率与出色的稳定性，并能测试重达5g的样品。STA-449C采用顶部装样结构。与其它结构相比，顶部装样结构的特点在于操作简便，即便操作人员装样时略有失误也不易损坏支架。炉体采用真空密闭设计，炉体打开时样品支架即与天平脱离，有利于对天平的保护，由于气氛为由下往上的自然流向，因此只需很小的流量即可带走分解产物，载气中产物气体浓度高，特别有利于与FTIR/MS联用。标准配备三路气体的质量流量计STA-449C支架传感器与底部直接接触，测温准确。用户可以根据应用选配多种样品支架：TG-DSC支架可同时提供TG-DSC-DTA信号
二、仪器结构原理及特点 物质在加热过程中的某一特定温度下，往往会发生物理、化学变化并伴 随有吸、放热现象。差示量热分析（DSC）是通过物质在加热过程中特定温 度下的吸、放热现象来研究物质的各种性质的。 STA-449C是世界上最先进的同步TG-DSC分析仪器，拥有最高解析度的 TG/DSC与无可比拟的长时间稳定性，即使在1400℃以上的高温，仍能保证 DSC传感器的高灵敏度与比热测量的准确性。针对无机材料、高分子材料等 不同的应用领域，STA-449C可以选配四个可自由更换的炉体，覆盖-120℃～ 1650℃的宽广温度范围。STA-449C配备带电磁补偿的的超微量天平，具有 高准确度、g级的分辨率与出色的稳定性，并能测试重达5g的样品。STA- 449C采用顶部装样结构。与其它结构相比，顶部装样结构的特点在于操作简 便，即便操作人员装样时略有失误也不易损坏支架。炉体采用真空密闭设计 ，炉体打开时样品支架即与天平脱离，有利于对天平的保护，由于气氛为由 下往上的自然流向，因此只需很小的流量即可带走分解产物，载气中产物气 体浓度高，特别有利于与FTIR/MS联用。标准配备三路气体的质量流量计。 STA-449C支架传感器与坩埚底部直接接触，测温准确。用户可以根据应用 选配多种样品支架：TG-DSC支架可同时提供TG-DSC-DTA信号
适合于绝大多数应用：TG-DTA支架可用于对防腐蚀有特殊要求的场合：TG支架可容纳大体积样品，特别适合于吸附、氧化等气固反应研究。各种支架可以由用户方便地更换，此外各种支架还可选择热电偶与增类型，还有腐蚀性炉体、水蒸汽炉等特殊配置。通过这样的灵活配置STA-449C可以胜任几乎所有的应用领域。与气相质谱（OMS）及傅立叶红外（FTIR）的灵巧的联用系统，使得STA-449C成为面向未来的功能强大的热分析仪器。图1STA-449C示意图
适合于绝大多数应用；TG-DTA支架可用于对防腐蚀有特殊要求的场合； TG支架可容纳大体积样品，特别适合于吸附、氧化等气固反应研究。各 种支架可以由用户方便地更换，此外各种支架还可选择热电偶与坩埚类 型，还有腐蚀性炉体、水蒸汽炉等特殊配置。通过这样的灵活配置， STA-449C可以胜任几乎所有的应用领域。与气相质谱（QMS）及傅立叶 红外（FTIR）的灵巧的联用系统，使得STA-449C成为面向未来的功能强 大的热分析仪器。 图1 STA-449C示意图
工作原理图：Macimuet-temperatute(251650°C)RhdumaceHigh-temesahureaha(251500*C)1550*CPu/RndutnacetSiC-fumaceLovdemoorahure(120.750°C)SaverFrnce图2STA-449C结构示意图
工作原理图： 图2 STA-449C结构示意图
TG-DSC/DTA及Cp支架示意图蚶埚电偶1电偶2磁管天平（电磁感应）图3TG-DSC/DTA及Cp支架示意图
TG-DSC/DTA及Cp支架示意图
主要技术参数：比热测量温度范围温度测量范围-120~1650°C（不同炉型）室温~1400%比热测量精确度=5%比热测量范围0.1~5.0J/gK基线重复性噪声影响（最大）=15μW（和温度有关）=1μV（±2.5mW）基线线性漂移3μV温度精度<IK±3%真空度热饸精度10-2Pa吹扫气氛氧化性气体，还原性气体，情性气体，带走产生的毒性、可燃气体热重精度10-6g
q 温度测量范围 -120～1650 ℃(不同炉型) 比热测量温度范围 室温～1400 ℃ q 比热测量精确度 ≈5% 比热测量范围 0.1～5.0 J/gK q 基线重复性 ≈1 V(±2.5mW) 噪声影响(最大) ≈15 W(和温度有关) q 基线线性漂移 3 V 温度精度 <1 K q 热焓精度 ±3% 真空度 10 -2 Pa q 吹扫气氛 氧化性气体，还原性气体，惰性气体 ,带走产生的毒性、可燃气体 q 热重精度 10－6 g 主要技术参数：
差示扫描量热分析（DSC）是在程序控制温度下，测量待测试样和参比物的能量差（功率差或热流差）随温度或时间变化的一种技术。检测和记录能量差与温度（时间）的关系的仪器是差示扫描量热仪。差示扫描量热分析实验测量和记录的DSC曲线是以能量为单位来记录反应热量的，曲线离开基线的位移代表吸热或放热的速度，以热流率表示，峡谷的面积是反应变的质量。因此，差示扫描量热分析除能进行差热分所所能进行的各分析项目外，还能直接测量等温或变温状态下的反应热。通常，差示扫描量热分析用于一些定量热分析或微量热分析中。通过分析DSC曲线出峰温度、峰谷的数目、形状和大小，并结合试样的来源及其他分析资料，可鉴定出原料或产品中的矿物、相变，进而找出吸热或放热效应的原因。热重分析法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种实验技术。为便于与其他热分析方法组合，经常采用动态法，即在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系，采用连续升温连续称重的方式。由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线成为热重曲线（TG曲线）。曲线的纵坐标为质量，横坐标为温度
差示扫描量热分析（DSC）是在程序控制温度下，测量待测试样和参比 物的能量差（功率差或热流差）随温度或时间变化的一种技术。检测和记 录能量差与温度（时间）的关系的仪器是差示扫描量热仪。 差示扫描量热分析实验测量和记录的DSC曲线是以能量为单位来记录反 应热量的，曲线离开基线的位移代表吸热或放热的速度，以热流率表示， 峡谷的面积是反应焓变的质量。因此，差示扫描量热分析除能进行差热分 所所能进行的各分析项目外，还能直接测量等温或变温状态下的反应热。 通常，差示扫描量热分析用于一些定量热分析或微量热分析中。 通过分析DSC曲线出峰温度、峰谷的数目、形状和大小，并结合试样的 来源及其他分析资料，可鉴定出原料或产品中的矿物、相变，进而找出吸 热或放热效应的原因。 热重分析法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化 的一种实验技术。为便于与其他热分析方法组合，经常采用动态法，即在 程序升温下测定物质质量变化与温度的关系，采用连续升温连续称重的方 式。由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线成为热重曲线（TG曲线 ）。曲线的纵坐标为质量，横坐标为温度
三、实验方法（一）操作条件1实验室门应轻开轻关，尽量避免或减少人员走动2.计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大的程序3.保护气体（Protective)：保护气体是用于在操作过程中对仪器及其天平进行保护，以防止受到样品在测试温度下所产生的毒性及腐蚀性气体的侵害。Ar、N2、He等情性气体均可用作保护气体。保护气体输出压力应调整为0.05MPa，流速恒定为10~30ml/min，般设定为15ml/min。开机后，保护气体开关应始终为打开状态。4.吹扫气体（Purgel/Purge2）：吹扫气体在样品测试过程中，用作为气氛气、或反应气。般采用情性气体，也可用氧化性气体（如：空气、氧气等）或还原性气体（如：COH2等）。但应慎重考虑使用氧化、还原性气体作气氛气，特别是还原性气体，会缩短样品支架热电偶的使用寿命，还会腐蚀仪器上的零部件。吹扫气体输出压力应调整为0.05MPa，流速≤100ml/min，一般情况下为20ml/min。5.恒温水浴：恒温水浴是用来保证测量天平工作在一个恒定的温度下。一般情况下，恒温水浴的水温调整为至少比室温高出2°C6.真空泵：为了保证样品测试中不被氧化或与空气中的某种气体进行反应，需要真空泵对测量管腔进行反复抽真空并用情性气体置换。一般置换两到三次即可
（一）操作条件 1.实验室门应轻开轻关，尽量避免或减少人员走动。 2.计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大的程序。 3.保护气体(Protective)：保护气体是用于在操作过程中对仪器及其天平进行保护，以防止 受到样品在测试温度下所产生的毒性及腐蚀性气体的侵害。Ar、N2、He等惰性气体均 可用作保护气体。保护气体输出压力应调整为0.05 MPa，流速恒定为10~30 ml/min，一 般设定为15 ml/min。开机后，保护气体开关应始终为打开状态。 4.吹扫气体(Purge1 / Purge2)：吹扫气体在样品测试过程中，用作为气氛气、或反应气。 一般采用惰性气体，也可用氧化性气体（如：空气、氧气等）或还原性气体（如：CO 、H2等）。但应慎重考虑使用氧化、还原性气体作气氛气，特别是还原性气体，会缩 短样品支架热电偶的使用寿命，还会腐蚀仪器上的零部件。吹扫气体输出压力应调整 为0.05 MPa，流速100 ml/min，一般情况下为20 ml/min。 5.恒温水浴：恒温水浴是用来保证测量天平工作在一个恒定的温度下。一般情况下，恒 温水浴的水温调整为至少比室温高出2C。 6.真空泵：为了保证样品测试中不被氧化或与空气中的某种气体进行反应，需要真空泵 对测量管腔进行反复抽真空并用惰性气体置换。一般置换两到三次即可
（二）样品准备1.检查并保证测试样品及其分解物绝对不能与测量锅、支架、热电偶或吹扫气体发生反应。2.为了保证测量精度，测量所用的埚（（包括参比埚）必须预先进行热处理到等于或高于其最高测量温度。3测试样品为粉未状、颗粒状、片状、块状、固体、液体均可，但需保证与测量底部接触良好，样品应适量（如：在娲中放置1/3厚或15mg重），以便减小在测试中样品温度梯度，确保测量精度。4.对于热反应剧烈或在反应过程中易产生气泡的样品，应适当减少样品量。5.除测试要求外，测量应加盖，以防反应物因反应剧烈而溅出而污染仪器。6.用仪器内部天平进行称样时，炉子内部温度必须保持恒定在室温，天平稳定后的读数才有效
（二）样品准备 1.检查并保证测试样品及其分解物绝对不能与测量坩锅、支架、热 电偶或吹扫气体发生反应。 2.为了保证测量精度，测量所用的坩埚(（包括参比坩埚）必须预 先进行热处理到等于或高于其最高测量温度。 3.测试样品为粉末状、颗粒状、片状、块状、固体、液体均可，但 需保证与测量坩埚底部接触良好，样品应适量（如：在坩埚中放 置1/3厚或15mg重），以便减小在测试中样品温度梯度，确保测 量精度。 4.对于热反应剧烈或在反应过程中易产生气泡的样品，应适当减少 样品量。 5.除测试要求外，测量坩埚应加盖，以防反应物因反应剧烈而溅出 而污染仪器。 6.用仪器内部天平进行称样时，炉子内部温度必须保持恒定在室温 ，天平稳定后的读数才有效