STA449C同步熱分析儀

1、STA 449C同步熱分析儀儀器簡介儀器簡介熱分析概述熱分析概述熱重分析儀原理熱重分析儀原理熱重法熱重法(TGA)(TGA)差示掃描量熱法差示掃描量熱法(DSC)(DSC)儀 器 簡 介 STA 449 C Jupiter是世界上最先進的同步同步 TG-DSC 分析儀分析儀器，擁有最高解析度的 TG/DSC 與無可比擬的長時間穩(wěn)定性，即使在 1400 以上的高溫，仍能保證 DSC 傳感器的高靈敏度與比熱測量的準確性。 針對高分子材料的應用領域，STA 449 C 選配覆蓋 -120 650溫度范圍的爐體。STA 449 C 配備帶電磁補償?shù)牡某⒘糠Q重系統(tǒng)，具有高準確度、g 級的分辨率與出色的

2、穩(wěn)定性，并能測試重達 5g 的樣品 STA 449 C 采用頂部裝樣結構。與其它結構相比，頂部裝樣結構的特點在于操作簡便。爐體采用真空密閉真空密閉設計，爐體打開時樣品支架即與稱重系統(tǒng)脫離，有利于對稱重系統(tǒng)的保護，由于氣氛為由下往上的自然流向，因此只需很小的流量即可帶走分解產物，載氣中產物氣體濃度高，特別有利于與 FTIR / MS 聯(lián)用。標準配備三路氣三路氣體的質量流量計體的質量流量計。儀 器 簡 介熱分析概述熱分析概述 熱分析（熱分析（thermal analysis）：）：在程序控制溫度條件下，測在程序控制溫度條件下，測量物質的物理性質隨溫度變化的函數(shù)關系的技術。量物質的物理性質隨溫度變化

3、的函數(shù)關系的技術。 物質的物理性質的變化，即狀態(tài)的變化，總是用溫度物質的物理性質的變化，即狀態(tài)的變化，總是用溫度T這這個狀態(tài)函數(shù)來量度的個狀態(tài)函數(shù)來量度的。數(shù)學表達式為。數(shù)學表達式為F=f（T） 其中其中F是一個物理量，是一個物理量，T是物質的溫度。是物質的溫度。 所謂所謂程序控制溫度程序控制溫度，就是把溫度看著是時間的函數(shù)。取，就是把溫度看著是時間的函數(shù)。取T= （ ） 其中其中 是時間，則是時間，則F=f（T）或）或f（ ） 在不同溫度下，物質有三態(tài)：固、液、氣，固態(tài)物質又有不同的結晶形式。 對熱分析來說，最基本和主要的參數(shù)是焓（H），熱力學的基本公式是：G=H-TS 存在三種情況：G0

4、常見的物理變化有：熔化、沸騰、升華、結晶轉變熔化、沸騰、升華、結晶轉變等； 常見的化學變化有：脫水、降解、分解、氧化，還原，化脫水、降解、分解、氧化，還原，化合反應合反應等。 這兩類變化，首先有焓變，同時常常也伴隨著質量、機械性能和力學性能的變化等。熱分析熱分析概述概述 差熱分析、熱重分析、差熱分析、熱重分析、 差示掃描量熱分析、熱機械分析差示掃描量熱分析、熱機械分析 用于研究物質的晶型轉變、融化、升晶型轉變、融化、升華、吸附等物理現(xiàn)象以及脫水、分解、氧華、吸附等物理現(xiàn)象以及脫水、分解、氧化、還原等化學現(xiàn)象化、還原等化學現(xiàn)象。 快速提供被研究物質的熱穩(wěn)定性、熱熱穩(wěn)定性、熱分解產物、熱變化過程的

5、焓變、各種類型分解產物、熱變化過程的焓變、各種類型的相變點、玻璃化溫度、軟化點、比熱、的相變點、玻璃化溫度、軟化點、比熱、純度、爆破溫度和高聚物的表征及結構性純度、爆破溫度和高聚物的表征及結構性能能等。 熱分析四大支柱及應用熱分析四大支柱及應用差熱分析與差示掃差熱分析與差示掃描量熱法描量熱法( (DTA, DTA, DSC)DSC)熱重分析法熱重分析法(TGA)(TGA)熱機械分析法熱機械分析法(TMA)熱膨脹法熱膨脹法 (DIL)動態(tài)熱機械分析法動態(tài)熱機械分析法測量物理與化學測量物理與化學過程（相轉變，過程（相轉變，化學反應等）產化學反應等）產生的熱效應生的熱效應; ; 比比熱測量熱測量測量

6、由分解測量由分解、揮發(fā)、氣、揮發(fā)、氣固反應等過固反應等過程造成的樣程造成的樣品質量隨溫品質量隨溫度時間的度時間的變化變化測量樣品的維度變測量樣品的維度變化、形變、粘彈性化、形變、粘彈性、相轉變、密度等、相轉變、密度等熱分析熱分析 (TGA(TGA) )逸出氣分析逸出氣分析 (EGA MS, FTIR)介電分析法介電分析法(DEA)測量介電常數(shù)、測量介電常數(shù)、損耗因子、導電損耗因子、導電性能、電阻率（性能、電阻率（離子粘度）、固離子粘度）、固化指數(shù)（交聯(lián)程化指數(shù)（交聯(lián)程度）等度）等導熱系數(shù)儀導熱系數(shù)儀熱流法熱流法激光閃射法激光閃射法熱重分析儀（熱重分析儀（TG）原理圖）原理圖熱天平熱天平試試樣樣

7、三路氣體的質量流量計三路氣體的質量流量計 熱天平式 記錄天平、加熱爐、程序控制溫度系統(tǒng)、自動記錄儀記錄天平、加熱爐、程序控制溫度系統(tǒng)、自動記錄儀，液氮系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣體保護系統(tǒng)、熱天平恒溫系統(tǒng)。 加熱爐試試樣樣測溫單元測溫單元記錄儀記錄儀o樣樣程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)阻尼信號阻尼信號平衡錘測熱電偶測熱電偶阻尼阻尼及天及天平復平復位器位器傳感器傳感器(差動差動變壓器變壓器)天平天平平衡錘Tm熱重分析儀原理結構示意圖熱重分析儀原理結構示意圖熱重分析（TGA） Thermogravimetric Analysis 在程序控制溫度下測量獲得物質的質量與溫度關系的一種技術。 定量性強 。 靜態(tài)法和動態(tài)

8、法 。STA 449C同步測試TG/DSC熱重分析1. 基本概念基本概念：m 質量變化質量變化dm/dt 質量變化質量變化/分解的速率分解的速率DTG TG曲線對時間坐標作一曲線對時間坐標作一次微分計算得到的微分曲線次微分計算得到的微分曲線DTG 峰峰 質量變化速率最大點，質量變化速率最大點，作為質量變化作為質量變化/分解過程的特征溫分解過程的特征溫度度Tonset TG臺階的起始點，對臺階的起始點，對分解過程可作為熱穩(wěn)定性的表征分解過程可作為熱穩(wěn)定性的表征 靜態(tài)法靜態(tài)法 等壓質量變化測定、等溫質量變化測定。 等壓質量變化測定：在程序控制溫度下，測量物質在 恒定揮發(fā)物分壓下平衡質量與溫度關系的

9、一種方法。 等溫質量變化測定：在恒溫條件下測量物質質量與溫度關系的一種方法。 準確度高，費時。 動態(tài)法動態(tài)法 熱重分析、微商熱重分析熱重分析、微商熱重分析。 在程序升溫下，測定物質質量變化與溫度的關系。 微商熱重分析又稱導數(shù)熱重分析 （Derivative thermogravimetry，簡稱DTG。 1、熱重曲線（TG曲線） 記錄質量變化對溫度的關系曲線 縱坐標是質量，橫坐標為溫度或時間 微商熱重曲線：縱坐標為dW/dt， 橫坐標為溫度或時間. TG曲線與DTG曲線圖17-11 鈣、鍶、鋇水合草酸鹽的TG曲線與DTG曲線（a）DTG曲線；（b）TG曲線 3、試樣制備方法 熱重分析前天平校正

10、校正。 試樣預磨，100300目篩，干燥、稱量 試樣的裝填 （以少為原則10mg ） 裝填要求：薄而均勻 試樣和參比物的裝填情況一致 選擇合適的升溫速率升溫速率。影響TG曲線的主要因素 儀器因素浮力、試樣盤、揮發(fā)物的冷凝等； 實驗條件升溫速率、氣氛等； 試樣的影響試樣質量、粒度等。試樣用量、粒度、熱性質及裝填方式等。用量用量大，因吸、放熱引起的溫度偏差大，且不利于熱擴散和熱傳遞。粒度粒度細，反應速率快，反應起始和終止溫度降低，反應區(qū)間變窄。粒度粗則反應較慢，反應滯后。裝填緊密裝填緊密，試樣顆粒間接觸好，利于熱傳導，但不利于擴散或氣體。要求裝填薄而均勻， 試樣對熱分析曲線的影響試樣對熱分析曲線的

11、影響同種物質不同處理方法的同種物質不同處理方法的TGA曲線曲線 010WWW Pure cotton 006-2-FR100%式中式中W0為試樣重量；為試樣重量；W1為第一次失重后試樣的重量為第一次失重后試樣的重量。010WWW GTG DSC 應用范圍應用范圍 質量變化質量變化 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 分解溫度分解溫度 組份分析組份分析 脫水、脫氫脫水、脫氫 腐蝕腐蝕 / / 氧化氧化 還原反應還原反應 反應動力學反應動力學 吸附解吸吸附解吸 游離水與結晶水含量游離水與結晶水含量TG 方法常用于測定：方法常用于測定：熔融結晶相變反應溫度與反應熱燃燒熱比熱DSC測量與研究材料的如下特性測量與研究材料

12、的如下特性熱重法的應用熱重法的應用 熱失重的特點是定量性強，能準確地測量物質的質量變化及變化的速率。 熱失重的試驗結果與實驗條件有關。 熱失重在本世紀50年代，有力地推動著無機分析化學、高分子聚合物、石油化工、人工合成材料科學的發(fā)展，同時在冶金、地質、礦物、油漆、涂料、陶瓷、建筑材料、防火材料等方面也十分廣泛，尤其近年來在合成纖維、食品加工方面應用更加廣泛?？偠灾?，熱重分析在無機化學、有機化學、生物化學、地質學、礦物學、地球化學、食品化學、環(huán)境化學、冶金工程等學科中發(fā)揮著重要的作用。 熱重法的應用熱重法的應用無機物及有機物的脫水和吸濕；無機物及有機物的聚合與分解；礦物的燃燒和冶煉；金屬及其氧

13、化物的氧化與還原；物質組成與化合物組分的測定；煤、石油、木材的熱釋；金屬的腐蝕；物料的干燥及殘渣分析； 升華過程； 液體的蒸餾和汽化； 吸附和解吸； 催化活性研究； 固態(tài)反應； 爆炸材料研究； 反應動力學研究，反應機理研究； 新化合物的發(fā)現(xiàn)。 失重量的計算失重量的計算 熱失重有關的幾個名詞：熱天平；試樣；試樣支持器；平臺；起始溫度（Ti）；終止溫度（Tf）；反應區(qū)間TiTf。 實驗條件：質量mg；掃描速率（升溫速率）/min；溫度范圍（或K）；氣氛等。 以草酸鈣脫水失重為例。 三個脫水失重區(qū)間失重率的計算如下： W1%=（W0-W1）100%/W0 W2%=（W1-W2）100%/W0 W3%

14、=（W2-W3）100%/W0 W%=（W0-W1）100%/W0 總失重率 W=W1+W2+W3也可用W%=（W0-W3）100%/W0 殘渣：100%-W%=W渣% 注意注意實際上的TG曲線并非是一些理想的平臺和迅速下降的區(qū)間連續(xù)而成，常常在平臺部分也有下降的趨勢，可能原因有：（1）這個化合物透過重結晶或用其它溶劑進行過處理，本身含有吸附水或溶劑，因此減重；（2）高分子試樣中的溶劑，未聚合的單體和低沸點的增塑劑的揮發(fā)等，也造成減重?？捎靡韵路椒ㄏ绊懀?）無機化合物在較低溫度下干燥，如硅膠、五氧化二磷干燥劑，把吸濕水去掉。（2）可控溫下的真空抽吸，把單體及低沸點的增塑劑、揮發(fā)物分離出來。

15、影響熱重曲線的主要因素影響熱重曲線的主要因素 儀器因素（1）升溫速率（2）爐內氣氛（3）坩堝材料（4）支持器和爐子的幾何形狀（5）走紙速度，記錄儀量程（6）天平和記錄機構的靈敏度樣品因素（1）樣品量（2）樣品的幾何形狀（3）樣品的裝填方式（4）樣品的屬性 （1）功率補償型差示掃描量熱法功率補償型差示掃描量熱法 零點平衡原理零點平衡原理 1、差示掃描量熱分析DSC原理 差示掃描量熱分析法（DSC） 通過對試樣因熱效應而發(fā)生的能量變化進行及時補償，保持試樣與參比物之間溫度始終保持相同，無溫差、無熱傳遞，使熱損失小，檢測信號大。靈無溫差、無熱傳遞，使熱損失小，檢測信號大。靈敏度和精度大有提高，可進行

16、定量分析敏度和精度大有提高，可進行定量分析。 Differential Scaning CalarmeutryTGDSC差熱曲線中的吸差熱曲線中的吸 / 放熱峰是如何形成放熱峰是如何形成的的?t1t2time sreference signalsample signalmelting temperatureelectric potential V(temperature)mt1t2time speak area A heat of melting mW/mgT = T - TSR0TMTM在樣品的熔融過在樣品的熔融過程時，樣品端的程時，樣品端的溫度保持恒定，溫度保持恒定，而此時參比端的而此時參

17、比端的溫度仍在升高。溫度仍在升高。以參比與樣品的以參比與樣品的溫度差對時間作溫度差對時間作圖，就得到了差圖，就得到了差熱曲線。熱曲線。2. 差熱分析儀 由加熱爐、試樣容器、熱電偶、溫度控制系統(tǒng)及加熱爐、試樣容器、熱電偶、溫度控制系統(tǒng)及放大、記錄系統(tǒng)放大、記錄系統(tǒng)等部分組成。 （2）熱流型差示掃描量熱法通過測量加熱過程中試樣熱流量達到通過測量加熱過程中試樣熱流量達到DSC分析分析 的目的，試樣和參比物仍存在溫度差。的目的，試樣和參比物仍存在溫度差。 采用差熱分析的原理來進行量熱分析。采用差熱分析的原理來進行量熱分析。 熱流式、熱通量式。熱流式、熱通量式。 熱流式差示掃描量熱儀 利用康銅電熱片兼作

18、試樣、參比物支架底盤利用康銅電熱片兼作試樣、參比物支架底盤和測溫熱電偶。和測溫熱電偶。 儀器自動改變差示放大器的放大系數(shù)，補償儀器自動改變差示放大器的放大系數(shù)，補償因溫度變化對試樣熱效應測量的影響。因溫度變化對試樣熱效應測量的影響。 熱通量式差示掃描量熱法 利用熱電堆精確測量試樣和參比物溫度，靈敏度利用熱電堆精確測量試樣和參比物溫度，靈敏度和精確度高，用于精密熱量測定。和精確度高，用于精密熱量測定。 DTA與DSC比較 DTA:定性分析、測溫范圍大定性分析、測溫范圍大 DSC:定量分析、測溫范圍定量分析、測溫范圍800以下以下(1650 ) DSC的溫度、能量和量程校正 利用標準物質的熔融轉變

19、溫度進行溫度校正利用標準物質的熔融轉變溫度進行溫度校正 利用高純金屬銦利用高純金屬銦(In）標準熔融熱容進行能量）標準熔融熱容進行能量校正。校正。 利用銦進行量程校正。利用銦進行量程校正。DSC溫度校正 選用不同溫度點測定一系列標準化合物的熔點 常用標準物質熔融轉變溫度和能量物質銦(In)錫(Sn)鉛(Pb)鋅(Zn)K2SO4K2CrO4轉變溫度（）156.60231.88327.47419.47585.00.5670.50.5轉變能量（J/g）28.4660.4723.01108.3933.2733.68能量校正與熱焓測定 實際DSC能量(熱焓)測量 H=KAR/Ws 式中:H為試樣轉變的

20、熱焓(mJmg-1)； W為試樣質量(mg)； A為試樣焓變時掃描峰面積(mm2)； R為設置的熱量量程(mJs-1)； s為記錄儀走紙速度(mms-1)； K為儀器校正常數(shù)。dtdtdHH 儀器校正常數(shù)K的測定常用銦作為標準K=HWs/AR 3、DSC曲線的數(shù)據(jù)處理方法稱量法：稱量法： 誤差誤差 2%以內。以內。數(shù)格法：數(shù)格法： 誤差誤差 2%4%。用求積儀：誤差用求積儀：誤差 4%。計算機：計算機： 誤差誤差 05%。4、DSC法的應用 （1）純度測定 利用Vant Hoff方程進行純度測定。TS 為樣品瞬時的溫度（為樣品瞬時的溫度（K）T0 為純樣品的熔點（為純樣品的熔點（K）R 為氣體

21、常數(shù)；為氣體常數(shù)；Hf為樣品熔融熱；為樣品熔融熱；X 為雜質摩爾數(shù)；為雜質摩爾數(shù)；F 為總樣品在為總樣品在TS熔化的分數(shù)熔化的分數(shù) 1/F是曲線到達是曲線到達TS的部分面積的部分面積除以總面積的倒數(shù)除以總面積的倒數(shù) FHxRTTTfS1200（2）比熱測定dtdTmCdtdHp/)/(yymmCdtdHdtdHmCmCBPBBPBBP式中，為熱流速率（為熱流速率（Js-1）；）；m為樣品質量（為樣品質量（g）；）；CP為比熱（為比熱（Jg-1-1）；為）；為程序升溫速率（程序升溫速率（s-1）利用藍寶石作為標準樣品測定。通過對比樣品和藍寶石的熱流速率求得樣品的比熱。（3）反應動力學的研究為動力

22、學研究提供定量數(shù)據(jù)。綜合熱分析技術 利用利用DSC、TG等熱分析技術的等熱分析技術的聯(lián)用，獲取更多的熱分析信息聯(lián)用，獲取更多的熱分析信息 多種分析技術集中在一個儀器多種分析技術集中在一個儀器上，方便使用，減少誤差。上，方便使用，減少誤差。 熱效應的判斷熱效應的判斷 吸熱效應吸熱效應+失重，可能為失重，可能為脫脫水或分解水或分解過程。過程。 放熱效應放熱效應+增重，可能為增重，可能為氧氧化過程化過程。 吸熱，無重量變化，有體吸熱，無重量變化，有體積變化時，可能為積變化時，可能為晶型轉變晶型轉變。 熱效應的判斷熱效應的判斷 吸熱效應吸熱效應+失重，可能為失重，可能為脫水或分解脫水或分解過程。過程。

23、 放熱效應放熱效應+增重，可能為增重，可能為氧化過程氧化過程。 吸熱，無重量變化，有體積變化時，可能為吸熱，無重量變化，有體積變化時，可能為晶型轉變晶型轉變。 STA 449 C Jupiter 支架傳感器與坩堝底部直接接觸，測溫準確。 TG-DSC支架可同時提供TG-DSC-DTA信號，適合于絕大多數(shù)應用； TG-DTA支架可用于對防腐蝕有特殊要求的場合； TG支架可容納大體積樣品，特別適合于吸附、氧化等氣固反應研究。STA 449 C同步熱分析儀特性 廣泛應用于廣泛應用于陶瓷、玻璃、金屬合金、礦物、催化陶瓷、玻璃、金屬合金、礦物、催化劑、含能材料、塑膠高分子、涂料、醫(yī)藥、食品劑、含能材料、

24、塑膠高分子、涂料、醫(yī)藥、食品等等各種領域。各種領域。 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 吸附與解吸吸附與解吸 成分的定量分析成分的定量分析 水分與揮發(fā)物水分與揮發(fā)物 分解過程分解過程 氧化與還原氧化與還原 添加劑與填充劑影響添加劑與填充劑影響 反應動力學反應動力學 應用領域測量與研究材料特性第一節(jié)第一節(jié) 差熱分析法差熱分析法 一、基本原理與差熱分析儀 差熱分析(DTA)：在程序控制溫度條件下，測量樣品與參比物之間的溫度差與溫度關系的一種熱分析方法。 參比物（或基準物，中性體）：在測量溫度范圍內不發(fā)生任何熱效應的物質，如-Al2O3、MgO等。 在實驗過程中，將樣品與參比物的溫差作為溫度或時間的函數(shù)連續(xù)記錄下來

25、，就得到了差熱分析曲線。 用于差熱分析的裝置稱為差熱分析儀。圖1 差熱分析儀結構示意圖1-參比物；2-樣品；3-加熱塊；4-加熱器；5-加熱塊熱電偶；6-冰冷聯(lián)結；7-溫度程控；8-參比熱電偶；9-樣品熱電偶；10-放大器；11-x-y記錄儀STA 449 CSTA 449 C型綜合熱分析儀型綜合熱分析儀STA 449 CSTA 449 C型綜合熱分析儀上做的型綜合熱分析儀上做的TG-DSCTG-DSC曲線曲線差示掃描量熱法差示掃描量熱法 一、基本原理與差示掃描量熱儀 差示掃描量熱法(DSC)：在程序控制溫度條件下，測量輸入給樣品與參比物的功率差與溫度關系的一種熱分析方法。 DSC有功率補償式差示掃描量熱法和熱流式差示掃描量熱法兩種類型。功率補償