差熱分析實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一差熱分析一、目的意義差熱分析（DTA，differentialthermal analysis）是研究相平衡與相變的動(dòng)態(tài)方法中的 一種，利用差熱曲線的數(shù)據(jù)，工藝上可以確定材料的燒成制度及玻璃的轉(zhuǎn)變與受控結(jié)晶等工 藝參數(shù)，還可以對礦物進(jìn)行定性、定量分析。本實(shí)驗(yàn)的目的：了解差熱分析的基本原理及儀器裝置；學(xué)習(xí)使用差熱分析方祛鑒定未知礦物。二、基本原理差熱分析的基本原理是：在程序控制溫度下；將試樣與參比物質(zhì)在相同條件下加熱或 冷卻，測量試樣與參比物之間的溫差與溫度的關(guān)系，從而給出材料結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)信息。物質(zhì)在加熱過程中，由于脫水，分解或相變等物理化學(xué)變化，經(jīng)常會產(chǎn)生吸熱或放熱 效應(yīng)。差熱分析就是

2、通過精確測定物質(zhì)加熱（或冷卻）過程中伴隨物理化學(xué)變化的同時(shí)產(chǎn)生 熱效應(yīng)的大小以及產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)所對應(yīng)的溫度，來達(dá)到對物質(zhì)進(jìn)行定性和/或定量分析的目 的。差熱分析是把試樣與參比物質(zhì)（參比物質(zhì)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)不應(yīng)該有任何熱效應(yīng)， 其導(dǎo)熱系數(shù)，比熱等物理參數(shù)盡可能與試樣相同，亦稱惰性物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或中性物質(zhì)） 置于差熱電偶的熱端所對應(yīng)的兩個(gè)樣品座內(nèi)，在同一溫度場中加熱。當(dāng)試樣加熱過程中產(chǎn)生 吸熱或放熱效應(yīng)時(shí)，試樣的溫度就會低于或高于參比物質(zhì)的溫度，差熱電偶的冷端就會輸出 相應(yīng)的差熱電勢。如果試樣加熱過程這中無熱效應(yīng)產(chǎn)生，則差熱電勢為零。通過檢流計(jì)偏轉(zhuǎn) 與否來檢測差熱電勢的正負(fù)，就可推知是吸熱或放熱

3、效應(yīng)。在與參比物質(zhì)對應(yīng)的熱電偶的冷 端連接上溫度指示裝置，就可檢測出物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化時(shí)所對應(yīng)的溫度.不同的物質(zhì)，產(chǎn)生熱效應(yīng)的溫度范圍不同，差熱曲線的形狀亦不相同（如圖16-2所示）。 把試樣的差熱曲線與相同實(shí)驗(yàn)條件下的已知物質(zhì)的差熱曲線作比較，就可以定性地確定試洋 的礦物組成。差熱曲線的峰（谷）面積的大小與熱效應(yīng)的大小相對應(yīng)，根據(jù)熱效應(yīng)的大小， 可對試樣作定量估計(jì)。三.儀器設(shè)備與裝置差熱分析所用的設(shè)備主要由加熱爐， 差熱電偶，樣品座及差熱信號和溫度的顯 示儀表等所組成。加熱爐依據(jù)測量的溫度范圍不同有低 溫型（800-1000oC以下），中溫型1200oC 以下），高溫型（1400-1600

4、0C以下）.差熱電偶是把材質(zhì)相同的兩個(gè)熱電偶 的相同極連接在一起，另外兩個(gè)極作為差 熱電偶的輸出極輸出差熱電勢。差熱分析 裝置示意圖如16-1所示。差熱分析儀是將差熱分析裝置中的 樣品室，溫度顯示，差熱信號采集及記錄 全部自動(dòng)化的一種分析儀器。依據(jù)組合方 式不同，有 DTA-TG 型 DAT-DSC（differen- 圖17-1差熱分析裝置示意圖圖16-1 V-電壓表A-電流表 R1, R2-檢流計(jì)回路中的串聯(lián)電阻箱1和2組成電偶tial scan ningcalorimetry ）型，有的綜 合熱分析還可以同時(shí)測定加熱過程中材料放熱峰圖16-2熱差曲線（示例）的熱膨脹，收縮，比熱等。四、測

5、試步驟按圖16-1所示檢查裝置連接情況。接通檢流計(jì)照明電源，調(diào)好零位。 用手輕輕觸摸差熱電偶一熱端，觀察檢流 計(jì)偏轉(zhuǎn)方向。向右偏轉(zhuǎn)定為放熱效應(yīng)，向 左為吸熱效應(yīng)。試樣（石膏）放在向右偏轉(zhuǎn)的熱端 對應(yīng)的樣品座內(nèi)，中性物質(zhì)（a -氣） 放在另一個(gè)座內(nèi)，樣品裝填密度應(yīng)該相同。將樣品座置于加熱爐的爐膛中心， 否則會造成基線偏移，差熱曲線變形。根據(jù)空白曲線的升溫速率（一般大約10oC / min）升溫。每隔10200C記錄檢流計(jì)讀數(shù)和溫度。檢流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)時(shí)的溫度（差熱曲線峰頂或谷底溫度）一定要記錄下來，否則影 響差熱曲線的形狀。石膏試樣升溫至3000C即可。數(shù)據(jù)記錄及處理。以下表形式記錄原始數(shù)據(jù)，以原始

6、數(shù)據(jù)減去空白實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出校正后的檢流計(jì)讀數(shù)，并 以校正后檢流計(jì)讀數(shù)為縱坐標(biāo)，溫度為橫坐標(biāo)，繪制出差熱曲線。如圖16-2所示。如果所測的礦物是未知礦物，則與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較即可鑒定該礦物。常見粘土類礦物的差 熱曲線示于圖16-3。高嶺石迪開石 高嶺石+迪開石 多水高齡石 鐵質(zhì)多水高齡石 辣來石 蒙脫石 汞脫石 單熱水云母 伊利石（水云母） 伊利石溫度（C）檢流計(jì)讀數(shù)空白實(shí)驗(yàn)檢流計(jì)讀數(shù)校正后檢流計(jì)讀數(shù)注：空白試驗(yàn)是指樣品座內(nèi)都裝中性物質(zhì)，對儀器的系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正時(shí)所作的實(shí)驗(yàn)。附：影響熱分析的因素：加熱速率：加熱速率顯著影響熱效應(yīng)在差熱曲線上的 位置，如圖16-4所示。不同的加熱速率，其差 熱曲線的形態(tài)

7、，特征及反應(yīng)出現(xiàn)的溫度范圍有 明顯的不同.一般加熱速度增快，熱峰（谷）變得 尖而窄；形態(tài)拉長，反應(yīng)出現(xiàn)的溫度滯后.加 熱速率慢時(shí)，熱峰（谷）變得寬而矮，形態(tài)扁平， 反應(yīng)出現(xiàn)的溫度超前。熱傳導(dǎo)：物質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)對差熱曲線的形狀和峰 谷的面積有很大影響.因此，要求樣品與中性 物質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)相近。如果兩者熱傳導(dǎo)系數(shù) 和熱容相差較大時(shí)，即使樣品沒有發(fā)生熱效應(yīng)， 由于導(dǎo)熱性不同而產(chǎn)生溫度差，導(dǎo)致差熱曲線 的基線不成一根水平線。所以，粘土與硅酸鹽 物質(zhì)選用煅燒過的氧化鋁或綱玉粉。對于碳酸 鹽，則選用灼燒過的氧化鎂。樣品的物理狀態(tài)：450 500 550 600 650 700 750800圖16-4 加

8、熱速度對高齡石脫水的影響顆粒度粉末試樣顆粒度的大小，對產(chǎn)生熱峰的溫度范圍和曲線形狀有直接影響.般來說，顆粒度愈大，熱峰產(chǎn)生的溫度愈高，范圍愈寬，峰形趨于扁而寬。反之，熱效應(yīng) 溫度偏低，峰形尖而窄試樣細(xì)度一般過4900孔/ cm2篩較好。試樣的重量一般用少量試樣可得到較明顯的熱峰.試樣太多，由于熱傳導(dǎo)遲緩使相 邁峰易合并在一起.通常用0.2g左右，可以得到較好靈敏度。試洋的形狀和堆積試樣堆積最理想的方式是將粉狀試樣堆積成球形，從熱交換觀點(diǎn) 看球形試樣可以沒有特殊損失.為方便起見，可取試樣直徑與高度相等的圓柱體代替.試樣 的堆積密度與中性物質(zhì)一致，否則，在加熱過程中，因?qū)岵煌瑫鸩顭崆€的基線偏移。熱電偶的熱端位置熱電偶熱端在