差热分析实验-实验报告-所用仪器南大万和NDTA-III差热分析仪

产品型号：NDTA-III
产品编号：NDTA-III

实验八 差 热 分 析

一、实验目的

1.         掌握差热分析的基本原理、测量技术以及影响测量准确性的因素。

2.         学会差热分析仪的操作，并测定CuSO4·5H2O的差热曲线。

3.        掌握差热曲线的定量和定性处理方法，对实验结果作出解释。

二、实验原理

1. 差热分析的原理

    在物质匀速加热或冷却的过程中，当达到特定温度时会发生物理或化学变化。在变化过程中，往往伴随有吸热或放热现象，这样就改变了物质原有的升温或降温速率。差热分析就是利用这一特点，通过测定样品与一对热稳定的参比物之间的温度差与时间的关系，来获得有关热力学或热动力学的信息。

目前常用的差热分析仪一般是将试样与具有较高热稳定性的差比物（如a-Al₂O₃）分别放入两个小的坩埚，置于加热炉中升温。如在升温过程中试样没有热效应，则试样与差比物之间的温度差DT为零；而如果试样在某温度下有热效应，则试样温度上升的速率会发生变化，与参比物相比会产生温度差DT。把T和DT转变为电信号，放大后用双笔记录仪记录下来，分别对时间作图，得DT—t和T—t两条曲线。

图III-8-1所示的是理想状况下的差热曲线。图中ab、 de、 gh分别对应于试样与参比物没有温度差时的情况，称为基线，而bcd和efg分别为差热峰。差热曲线中峰的数目、位置、方向、高度、宽度和面积等均具有一定的意义。比如，峰的数目表示在测温范围内试样发生变化的次数；峰的位置对应于试样发生变化的温度；峰的方向则指示变化是吸热还是放热；峰的面积表示热效应的大小等等。因此，根据差热曲线的情况就可以对试样进行具体分析，得出有关信息。

在峰面积的测量中，峰前后基线在一条直线上时，可以按照三角形的方法求算面积。但是更多的时候，基线并不一定和时间轴平行，峰前后的基线也不一定在同一直线上（如图III-8-2上所示）。此时可以按照作切线的方法确定峰的起点、终点和峰面积。另外，还可以采取剪下峰称重，以重量代替面积（即剪纸称量法）。

2. 影响差热分析的因素

差热分析是一种动态分析技术，影响差热分析结果的因素较多。主要有：

(1) 升温速率

升温速率对差热曲线有重大影响，常常影响峰的形状、分辨率和峰所对应的温度值。比如当升温速率较低时基线漂移较小，分辨率较高，可分辨距离很近的峰，但测定时间相对较长；而升温速率高时，基线漂移严重，分辨率较低，但测试时间较短。                                           

图III-8-2 测定面积的方法

(2) 试样

样品的颗粒一般大约在200目左右，用量则与热效应和峰间距有关。样品粒度的大小，用量的多少都对分析有着很大的影响，甚至连装样的均匀性也会影响到实验的结果。

(3) 稀释剂的影响

稀释剂是指在试样中加入一种与试样不发生任何反应的惰性物质，常常是参比物质。稀释剂的加入使样品与参比物的热容相近，能有助于改善基线的稳定性，提高检出灵敏度，但同时也会降低峰的面积。

(4) 气氛与压力

许多测定受加热炉中气氛及压力的影响较大，如CaC₂O₄·H₂O在氮气和空气气氛下分解时曲线是不同的。在氮气气氛下CaC₂O₄·H₂O第二步热解时会分解出CO气体，产生吸热峰，而在空气气氛下热解时放出的CO会被氧化，同时放出热量呈现放热峰。

除了以上因素外，走纸速率、差热量程等均对差热曲线有一定的影响。因此在运用差热分析方法研究体系时，必须认真查阅文献，审阅体系，找出合适的实验条件方可进行测试。

本实验使用的NDTA-III型差热仪属于中温、微量型差热仪。其主要有温控系统、差热系统、试样测温系统和记录系统四部分，

三、仪器与试剂   详见/product_view.asp?id=61

生产厂家：南大万和

差热实验仪(NDTA-III)             1台          DTA-III型差热实验炉

氧化铝（A. R.）

镊子                            1把           Sn (A. R.)

铝坩锅                          8个         CuSO4·5H2O (A. R.)

台式自动平衡记录仪              1台

四、实验步骤

1. 打开差热分析仪(NDTA-III)电源，预热20分钟。先在两个小坩锅内分别准确称取纯锡和a-Al₂O₃ 各5 mg。升起加热炉，逆时针方向旋转到左侧。用热源靠近差热电偶的任意一热偶板，若差热笔向右移动，则该端为参比热电偶板，反之，为试样板。用镊子小心将样品放在样品托盘上，参比放在参比托盘上，降下加热炉（注意在欲放下加热炉的时候，务必先把炉体转回原处，然后才能放下炉子，否则会弄断样品架）。

2. 打开差热分析仪主机开关，接通冷却水，控制水的流量约在300 ml/min左右。

3. 打开平衡记录仪开关，分别将差热笔和温度笔量程置于20 mV和10 mV上，走纸速率置于 30 mm/min量程。 调节差热仪主机上差热量程为250ºC。

4. 将升温速率旋在0刻度，用调零旋纽将温度笔置于差热图纸的最右端，差热笔置于中间，将升温速率旋至10ºC /min，放下绘图笔转换开关。

5. 按下加热开关，同时注意升温速率指零旋钮左偏（不左偏时不能进行升温，需停机检查）。按下电炉开关，进行加热，仪器自动记录。

6. 等到绘图纸上出现一个完整的差热峰时，关闭电炉开关。按下程序零旋纽和电位差计的开关，旋起加热炉，用镊子取下坩锅。将加热炉冷却降温至70ºC以下，将预先称好的a-Al₂O₃和CuSO4·5H2O试样分别放在样品保持架的两个小托盘上，在与锡相同的条件下升温加热，直至出现两个差热峰为止。

7. 按照上述步骤，每个样品测定差热曲线两次。

8. 实验结束后，抬起记录笔，关闭记录仪电源开关、加热开关，按下程序功能“0”键，关闭电源开关，升起炉子，取出样品，关闭水源和电源。

五、数据记录和处理

1. 在本实验条件下，差热测量温度范围为0—1200 °C（实验所用为镍镉热电偶），根据差热曲线，定性说明锡和CuSO4·5H2O的差热图，指出峰的位置、数目、指示温度及所表示的意义。

2. 计算CuSO4·5H2O的热放应，
原理：根据公式：

其中C为常数，

与仪器特性及测量条件有关，m为样品质量，为差热峰面积，可利用三角形法、剪纸称量法计算。本实验中采取测量质量一定且已知热效应的物质（锡）作为参比，根据锡差热峰的面积求出常数C，然后再计算的CuSO4·5H2O的热效应。

六、思考题

1. 影响本实验差热分析的主要因素有哪些？

2. 为什么差热峰的指示温度往往不恰巧等于物质能发生相变的温度？

3. 本实验中为什么差热笔要放在绘图纸的中间？

参考文献：南京大学出版社 物理化学实验   复旦大学物化实验教材   山东大学物化实验教材，南京南大万和科技有限公司网站