TAM-Air水化熱分析儀入門課程

TAMAir水化熱分析儀入門課程TOC\o"1-3"\h\u27028一、儀器操作 212904（1）溫度控制 29572（2）儀器維護和故障排除 28755（3）GPT綜合性能測試 212271（4）GainCalibration增益校正 210738二、安瓿瓶及附件 38181、一次性玻璃瓶 3201662、塑料（高密度聚乙烯）安倍瓶 478073、將安倍瓶放入量熱計中 4119394、安倍瓶混合部件的使用 4318045、參照EN302試驗及操作規(guī)程進行的樣品混合和準備工作 526003三、試驗思路 53742（1）樣品注意事項 54605①樣品預處理 517229②樣品的形狀和形態(tài) 56214③考慮所有有助于反應總熱量的影響因素 619729④參比樣品的選擇 62111四、TAMAir應用注意事項 6112541、密封安瓿瓶試驗操作規(guī)程 6233581）特別注意！靜態(tài)或密封安瓿瓶試驗： 6285572）水化熱儀的單位和前綴 6142993）安瓿瓶試驗向導 619505五、關于混合安瓿瓶試驗的重要信息 134255六、TAMAir在水泥中的應用實例 19一、儀器操作（1）溫度控制調整TAMAIR水化熱儀的恒溫器溫度：調整TAMAIR水化熱儀溫度控制功能為“開”：①點擊界面左側的設備→恒溫器（Devices→Temp），選擇Control選項卡，②在設定目標溫度（Settargettemperature）空格中輸入有效溫度，點擊箭頭使儀器接收新值。③8-12小時內，量熱計溫度達到目標溫度且實現(xiàn)完全穩(wěn)定。HELP菜單下操作手冊對水化熱儀的產品特征有更詳盡的介紹（2）儀器維護和故障排除①保持水化熱儀器持續(xù)開機，以保證溫度持續(xù)穩(wěn)定。如果儀器關機時間長于15-20min，儀器需要在8-12小時達到目標溫度且實現(xiàn)完全穩(wěn)定。②定期檢查風機過濾器。開始可以每兩個月檢測一次，后期如果實驗室條件允許，可適當延長檢測周期。（我公司空氣質量較差，需每月更換過濾器，或更加頻繁。）使用新過濾器代替被污染的過濾器。舊的過濾器可用水進行清洗，務必保證徹底晾干后再用。扇形過濾器位于水化熱儀的底部。（3）GPT綜合性能測試·綜合性能測試（GPT）用來驗證儀器性能，并且是解決量熱計問題的首要操作步驟。綜合性能測試期間，量熱計內部不能有任何樣品瓶。·打開一個新的試驗（NewExperiment）（左上角），·選擇“Validation”選項?！みx擇所有量熱計通道，設定最初暫停時間（點擊開始，達到這個時間測試將啟動）?！ぞC合性能測試從啟動開始，需要大約30小時來完成?！ぞC合性能測試結果分析可參照操作手冊進行。（4）GainCalibration增益校正①校正周期：建議每三個月/TAM關閉電源/測試溫度經過調整。例如：·改變實驗條件（如更換安瓿瓶類型）：校正可以在不加載安瓿瓶的條件下進行。或使用適當?shù)臉悠泛蛥⒖及碴称吭跍y試通道進行校正。②增益校正程序：·點擊左側的量熱計設備Devices→470(8chennelcalorimeter)，在右側選擇‘Control’選項卡，將八個量熱計通道全部選中。強烈建議執(zhí)行校準量熱計操作時校正所有通道，因為量熱計內部串聯(lián)，即使部分通道都不使用，也應全部校正。·開始校正之前應等待所有通道得到一個穩(wěn)定的基準信號。一旦穩(wěn)定，點擊‘Performgaincalibration’按鈕。增益校正需要大約55min，校正期間按鈕將顯示為’Abortgaincalibration’中止增益校正，并且在右側顯示剩余時間。注意：在量熱計通道四周的紅線表示該通道有不間斷試驗正在進行。進行增益校正前必須停止試驗，增益校正才能開始。·增益校正完成后，檢查每個通道的增加（gain）和補償（offset）值。分別選擇每個通道來觀察校準值?！そ?shù)登記臺賬，在外部表格中記錄增益、補償、溫度和增益校正的日期等?！v史校準數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)測儀器狀態(tài)和儀器的任何變化，以此判斷設備是否需要維護或清洗?！ぴ鲆嫘Ｕ龜?shù)值也將列在所有試驗結果文件中?！τ诰唧w的量熱計來說，在相同條件下的增益值應在0.95-1.05之間。根據(jù)最后的基線調整補償值會有所不同。安瓿瓶及附件一次性玻璃瓶一次性玻璃瓶（20ml）使用時在量熱計外部進行樣品混合、密封?！⒉Ａ考皟炔繕悠贩牌?，把鋁蓋放在瓶口上，確保瓶口清潔。·使用壓蓋器將瓶口密封，使瓶口邊沿彎折90°，試圖旋轉瓶蓋確保瓶蓋密封。·使用定心工具在瓶蓋上形成一個凹槽，這個凹槽將為瓶蓋提手做準備。·將金屬環(huán)旋轉入瓶蓋凹槽。試驗結束后請勿丟棄金屬環(huán)。塑料（高密度聚乙烯）安倍瓶一次性塑料瓶（20ml）使用時在量熱計外部進行樣品混合、密封。該塑料瓶只能用于TAMAir。先將樣品放入安倍瓶內，擰緊瓶蓋，安裝掛鉤。確保將安倍瓶外部樣品擦拭干凈再放入量熱計中。試驗結束后切勿丟棄掛鉤。將安倍瓶放入量熱計中首先，注意儀器上標注的“A”和“B”，分別代表樣品通道和參考通道。放入樣品時，首先將黑色蓋子移開，然后取出量熱計金屬蓋，將樣品瓶放入或取出，然后將量熱計金屬蓋和黑色蓋子復原。安倍瓶混合部件的使用安倍瓶混合系統(tǒng)是適用于帶電機和不帶電機的開放式混合系統(tǒng)。·可從樣品在量熱計中混合開始記錄熱流量。·可設計為水泥與水的混合，或者液體與液體的混合·必須使用一次性玻璃安倍瓶（20ml）·塑料攪拌器可以替換和一次性使用?！っ總€注射器量程為1ml，最多使用兩個注射器。注射器材質為：聚丙烯針管，硅膠塞、不銹鋼針頭。·為測試水泥早期水化放熱量，在水泥混合和準備工作中請參照EN302試驗及操作規(guī)程。參照EN302試驗及操作規(guī)程進行的樣品混合和準備工作·建議試驗前，在量熱計外部嘗試混合樣品，以確保樣品能夠充分混合?！⒆⑸淦鹘櫟饺軇┲?，抽吸溶劑，排除針管頂部的死體積（圖1）?！で宄⑸淦髦械臍馀荨⒄{整溶劑體積（圖2），為獲得最準確的精度，建議使用精密天平進行去皮稱量的方式稱取溶劑?！⒆⑸淦飨蛏咸?，抽取約0.1ml空氣，然后在針頭出涂少量凡士林（圖3），凡士林可以起到密封作用，放置樣品平衡期間產生蒸發(fā)或吸附?！⑺芰蠑嚢杵鞑迦霐嚢钘U中央（圖4）。·將稱量好的樣品放入玻璃安倍瓶，然后將攪拌配件安裝到安倍瓶上。·將混合系統(tǒng)放入TAMAir中，等待60~120min使儀器平衡。三、試驗思路（1）樣品注意事項①樣品預處理樣品放入量熱器時是否處于平衡狀態(tài)？試驗材料測試前必須在試驗溫度下存放至少24h，這對試驗重現(xiàn)性非常重要。②樣品的形狀和形態(tài)判斷反應是否會均勻或擴散控制？可以嘗試樣品制備成粉狀、膜、顆?；驑悠酚胁煌|量、厚度或比表面積等。例如，應用不同顆粒大小或表面積，但是相同數(shù)量的樣品或樣塊。如果兩個不同的樣品比熱流(μW/g)相同，說明表面積對反應的影響是不明顯的。熱流是測試反應速率的指標，但是如果反應的比熱（J/g）相同，但是反應的時間尺度不同，那么表面積對反應有象征性的影響。③考慮所有有助于反應總熱量的影響因素TAM可以感應到所有的化學或物理的反應進程中的熱量。因此，檢測到的熱流可能是幾種不同因素造成的?？梢酝ㄟ^改變試驗條件來區(qū)分不同進程對熱流貢獻的影響。設計一個空白試驗做參考。如果使用密封瓶，應使用相同型號的瓶做為參比瓶?？蓪⒍栊栽嚇臃庞趨⒈绕恐?。建議尋找與測試樣品熱容最為接近的樣品作為參比樣，最終使參比瓶中樣品熱容與樣品瓶中混合樣品的比重一致。四、TAMAir應用注意事項1、密封安瓿瓶試驗操作規(guī)程1）特別注意！靜態(tài)或密封安瓿瓶試驗：制作樣品前首先應打開TAM微量熱儀，保證儀器連接電腦并能在電腦上監(jiān)視數(shù)據(jù)。密封安瓿瓶試驗過程，按照向導試驗時，應保證測試樣品瓶與參比瓶同時放入測量通道內。如果執(zhí)行混合安瓿瓶試驗，跳過各自的執(zhí)行章節(jié)（30min的等待時間）。2）水化熱儀的單位和前綴·前綴：在所有的字段中，標準的國際制單位前綴均可用，例如‘m’表示milli（毫米），u表示micro（微米），n表示nano（納米） 快捷鍵CRTL+ALT+m就可以輸入微米符號（u）·時間單位：‘s’表示秒，‘m’表示分鐘，‘h’表示小時，‘d’表示天。所有字段默認情況下都將以秒進行顯示，除非刻意更改。例如：默認情況下，基線穩(wěn)定標準設定單位為W,時間為秒。只需調整前綴，然后在其他任意字段單擊，就可以激活新值。這可以很好的應用于試驗開始前檢查所有字段的單位是否正確。3）安瓿瓶試驗向導①啟動向導：從File菜單選項卡選擇’NewExperiment’或直接點擊左側工具欄下方的按鈕。在打開的對話框左側的分支中選擇‘Ampoule’，單擊右側的ampoule按鈕。輸入設計的試驗名稱、文件存放路徑及操作人員?？傊?，試驗開始前必須輸入一個名稱或縮寫，然后單擊’OK’。注意：NewExperiment圖標將顯示在Experiment選項卡下面。②當顯示“welcome…”界面時，直接點擊”NEXT”繼續(xù)。這時需要注意的是選擇需要進行試驗的通道，選中的通道將變成綠色。③下一步是輸入各通道樣品備注，也可以稍后進行或試驗結束后進行。跳過這個環(huán)節(jié)將有利于直接在基線環(huán)節(jié)進行樣品的混合和稱量工作。如果現(xiàn)在未進行標記，則可在試驗開始后，點擊‘Results’菜單，在‘Experimentinfo’中輸入樣品信息。試驗過程中輸入樣品重量才能獲得標準化信號。例如水泥樣品，總質量可以輸入水泥漿的質量，實際質量則需要輸入“干水泥”的質量。在每個通道中，可以將混合樣品的各組分分開來表示。點擊右手邊的“+”號，就可以添加組分，利用“∨”向下箭頭就可以在菜單中選擇組分，然后分別添加各自的信息。然后點擊“NEXT”。拿水泥樣品為例，干水泥（粉末）標記為組分1，水標記為組分2。④定義標準化信號，點擊”NEXT”繼續(xù)。如水泥樣品，儀器信號可以定義為水泥干粉末的重量，即輸入的組分1的重量。⑤回顧樣品信息，查看向導之前的視圖，檢測是否有信息需要更改。所有設置都正確，點擊”NEXT”,按照向導至中設定的值開始試驗。⑥定義初始基線為15~30min，等待穩(wěn)定性準則低于4μW/hr的斜率，以及所顯示的4μW的標準偏差。這些條件都是默認的對TAMAIR比較溫和的條件。點擊“NEXT”繼續(xù)。注：系統(tǒng)穩(wěn)定性準則取決于系統(tǒng)及試驗條件，它將由用戶來制定在基線采集前可接受的穩(wěn)定性標準。⑦如果信號不穩(wěn)定，將出現(xiàn)“等待基線視圖””Waitingforinitialbaseline”。一旦滿足條件，將開始采集初始基線。⑧試驗儀器準備已經完成，試驗可以準備開始。屏幕出現(xiàn)選項：“樣品已經放入通道”，此時該選項前面的復選框應為空。點擊“開始”按鈕。⑨初始基線將在制定的時間內收集。從基線采集開始，時間將開始倒計時、基線顏色將變?yōu)榫G色。注意：這時，通道內還沒有安瓿瓶。⑩在通道外部將樣品進行混合，同時記錄加水和攪拌時間。樣品混合攪拌、放入通道的時間不應大于2min。eq\o\ac(○,11)稱量并密封安瓿瓶，然后放入TAMAir水化熱儀。同時，放入各自的參比安瓿瓶。在‘Lowersample…’界面，點擊‘Mark’按鈕，這時將出現(xiàn)‘MeasuringPosition’“測量位置”標記，并開始45min倒計時。如果之前質量信息輸入不完整，可以在‘Results’選項卡中補充各通道的質量數(shù)據(jù)。如果有需要，可以將后面的’experimentalwizard’試驗向導中進行校正。eq\o\ac(○,12)這時，將密封好的安瓿瓶放入通道中。由于安瓿瓶和量熱器內部存在溫度差異或放入安瓿瓶導致的摩擦，可以觀察到屏幕上將出現(xiàn)較大的熱流波動?！疻aitingforsignaltobeconsideredcorrect’步驟在確認穩(wěn)定或正確前，將默認為45min倒計時。這段時間，數(shù)據(jù)線顯示為灰色。eq\o\ac(○,13)45min后，信號自動確認，數(shù)據(jù)線顯示為紅色?！鶕?jù)安瓿瓶類型不同，‘Signalcorrect’信號確認時間可以在試驗向導中進行適當調整。標準的45min是針對玻璃安瓿瓶設定的，塑料安瓿瓶可調整為25-30min。eq\o\ac(○,14)信號確認在整個試驗向導中是最關鍵的步驟。TAMAir水化熱儀將持續(xù)收集數(shù)據(jù)，直到點擊‘EndMain’按鈕，或在‘Specifymainduration’對話框中設置特定是采樣時間。eq\o\ac(○,15)主要采樣時間點完成后，需要設置后基線時間15-30min，并且設置穩(wěn)定性準則為4μW/hr的斜率，和4μW的標準偏差。這些都是TAMAir的默認設置。eq\o\ac(○,16)取出安瓿瓶，以便在相同條件下采集初始基線。eq\o\ac(○,17)點擊’NEXT’按鈕，等待穩(wěn)定性信號同時收集基線信息。信號線在基線階段將再次變綠。eq\o\ac(○,18)通過拖動時間標記或在相應的區(qū)域輸入時間來調整時間標記。——請選擇一致的時間標記，因為這將影響到時間軸圖譜對照的比較——如果使用塑料安瓿瓶，’Signalcorrect’時間校正標記可以調整為25min1s（默認為45min）如圖所示：EQ\o\ac(○,19)選定試驗數(shù)據(jù)壓縮。TAMAir試驗助手將默認使用6000個等距的點來代表數(shù)據(jù)文件。在結果菜單下已給出了文件大小和預估時間內的數(shù)據(jù)點的數(shù)量。如果試驗時間很長并且數(shù)據(jù)點之間的時間無法接受，可以添加更多的數(shù)據(jù)點火使用‘Adaptive’合適的數(shù)據(jù)擬合。EQ\o\ac(○,19)a拖動縮放按鈕，對比由真實數(shù)據(jù)簡化后形成的數(shù)據(jù)曲線。這時，默認數(shù)據(jù)點增加到7500，每10秒鐘記錄一個數(shù)據(jù)點，文件大小2.34MB。點擊“Next”。EQ\o\ac(○,20)點擊“Finish”得到結果文件（.rslt）結果文件圖標顯示在“Resultsanddatafiles”標簽下面。關于混合安瓿瓶試驗的重要信息·打開TAM向導，在放入任何樣品之前使電腦接收TAMAir信號?！τ诨旌习碴称吭囼?，請在開始試驗向導之前將所有安瓿瓶放入量熱計?！み@里強調的是首先將混合型安倍瓶放入量熱計，并且在開始試驗向導之前等待60~120min。這樣做是為了在不同試驗之間實現(xiàn)更好的重現(xiàn)性。與塑料安倍瓶一樣，在菜單欄或工具欄按鈕打開新實驗。選擇試驗圖標，輸入試驗名稱、保存路徑、操作者信息，點擊OK保存。試驗圖標將顯示在“experments”標簽下方。當屏幕顯示“Welcome...”，點擊“Next”繼續(xù)。這時請選擇需要進行試驗的通道，選中后，通道變成綠色。下一步是輸入每個通道的樣品信息。這時自從混合型安倍瓶放入通道中，信號在基線或接近基線處。因此，此時需輸入所有樣品信息。在每個通道中，可以將混合樣品的各組分分開來表示。點擊右手邊的“+”號，就可以添加組分，利用“∨”向下箭頭就可以在菜單中選擇組分，然后分別添加各自的信息。然后點擊“NEXT”。拿水泥樣品為例，干水泥（粉末）標記為組分1，水標記為組分2。定義標準信號基數(shù)，點擊next繼續(xù)。對于水泥樣品可以使用干水泥樣品重量作為信號基數(shù)，即輸入在component1中。在試驗向導中回顧樣品信息和各視圖的信息，查看是否需要更改。所有信息得到確認后，點next，根據(jù)實驗向導中定義的參數(shù)開始試驗。定義初始基線等待15~30min，以實現(xiàn)穩(wěn)定原則：斜率低于4uW/hr，標準偏差小于4uW。這些默認參數(shù)對TAMAir是相對溫和的。點擊next。系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷條件可根據(jù)儀器系統(tǒng)和試驗條件而改變。實現(xiàn)實驗者可接受的基線穩(wěn)定性即可。請確認樣品放入通道后沒有造成熱流量，可以比較空白通道的熱信號進行盤點。如果條件不滿足設定的基線穩(wěn)定條件，將會出現(xiàn)“Waitingforinitialbaseline”畫面。一旦條件滿足將開始采集基線。試驗裝置設置完畢，試驗即將開始。因此需要勾選“Sample(s)alreadyinsertedintocalorimeters”初始基線將在定義的時間內開始采集，注意屏幕左側的倒計時和基線顏色，基線采集期間顏色將變?yōu)榫G色。此時應注意混合型安倍瓶等待時的基線的真實性，因為如果注射器內的水分擴散或滲漏至玻璃安倍瓶中，則你得到的是一條假基線?；旌闲桶脖镀恳呀浄湃胪ǖ乐?，當使用混合型安倍瓶時，試驗向導中這一步是不必要的。直接在“Lowersample”界面點擊“Mark”，將出現(xiàn)“MeasuringPosition”標記和45min的倒計時。點擊“Skipandmark”（跳過并標記）鍵，然后運行30-60秒，在這期間“Signalcorrect”（信號確認）鍵出現(xiàn)，曲線變成紅色。后期可以在試驗向導中移動時間標記，使試驗之間的時間軸一致。在試驗向導的信號確認階段“signaliscorrect”是試驗的關鍵步驟。這時，將注射器中的液體樣品注入安倍瓶，并按照指定的規(guī)程小心攪拌。注意攪拌一定不要過于激烈，因為摩擦可能會造成附加的熱量。TAMAir將持續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至點下“EndMain”鍵，或者在“Specifymainduration”按鈕下設置剩余時間。注意：應在試驗之前，在通道外部嘗試試驗查找攪拌條件，以實現(xiàn)充分攪拌而且不過于激烈。如果希望得到后基線，可以在這一步設置，如果不需要，可直接跳轉至第16步。主要采樣時間點完成后，需要設置后基線時間15-30min，并且設置穩(wěn)定性準則為4μW/hr的斜率，和4μW的標準偏差。這些都是TAMAir的默認設置。14、取出安瓿瓶，以便在相同條件下采集初始基線。15、點擊’NEXT’按鈕，等待穩(wěn)定性信號同時收集基線信息。信號線在基線階段將再次變綠。16、通過拖動時間標記或在相應的區(qū)域輸入時間來調整時間標記?！?，移動’Signalcorrect’時間校正標記至注入液體樣品之前1分鐘，這將有助于不同試驗文件之間數(shù)據(jù)的比較。如圖所示：17、選定試驗數(shù)據(jù)壓縮。TAMAir試驗助手將默認使用6000個等距的點來代表數(shù)據(jù)文件。在結果菜單下已給出了文件大小和預估時間內的數(shù)據(jù)點的數(shù)量。如果試驗時間很長并且數(shù)據(jù)點之間的時間無法接受，可以添加更多的數(shù)據(jù)點火使用‘Adaptive’合適的數(shù)據(jù)擬合。17a、拖動縮放按鈕，對比由真實數(shù)據(jù)簡化后形成的數(shù)據(jù)曲線。這時，默認數(shù)據(jù)點增加到7500，每10秒鐘記錄一個數(shù)據(jù)點，文件大小2.34MB。點擊“Next”。18、點擊“Finish”得到結果文件（.rslt）結果文件圖標顯示在“Resultsanddatafiles”標簽下面。六、TAMAir在水泥中的應用實例波特蘭水泥水化基本信息水泥的水化進程經歷了幾個階段：Ⅰ誘導前期，急劇反應，出現(xiàn)第一個放熱峰，時間很短，在15min以內結束。（離子的溶解和最初的放熱階段）Ⅱ誘導期：反應極其緩慢，又稱靜止期，一般持續(xù)1~4h，使硅酸鹽水泥漿體能在幾個小時內保持塑性的原因。初凝凝結時間基本上相當于誘導期的結束。（鈣礬石的生產）Ⅲ加速期：反應重新加快，出現(xiàn)第二個放熱峰，達到峰頂時本階段即告結束（4~8h），此時終凝已過，開始硬化。（硅酸鹽開始水化）Ⅳ減速期：反應速率隨時間下降的階段，持續(xù)約12~24h，水化作用逐漸收擴散速率的控制。（硅酸鹽進一步反應）Ⅴ穩(wěn)定期：反應速率很低、基本穩(wěn)定的階段，水化作用完全受擴散速率的控制。進一步解釋為：

TAMAir可以用于研究：

·凝結時間和早期硬化·水泥、混凝土外加劑對水化的影響·各種固廢、爐渣作為混合材對水泥水化的影響·水中污染物對水水化的影響·溫度對水化的影響數(shù)據(jù)分析1、打開文件在菜單標簽下打開結果文件，然后在結果和數(shù)據(jù)標簽下查看文件。文件打開后，在左側點擊“Dataseries”標簽，顯示熱流量結果。通過點擊不同標簽，顯示任意通道的數(shù)據(jù)結果。點擊“experime