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1、 差热分析法差热分析法07103102王晓龙(Differential Thermal Analysis，DTA)差热分析是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参 比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物 理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降 低。降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。DTA曲线当给予被测物和参比物同等热量时，因二者对热的性质不同，其升温情况必然不同，通 过测定二者的温度差达到分析目的。以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座 标所得的曲线，称为DTA曲线。参比物（或基准
2、物，中性体）：在测量温参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如度范围内不发生任何热效应的物质，如-Al2O3、MgO等等用于差热分析的装置称为差热分析仪。用于差热分析的装置称为差热分析仪。DTA仪的种类密封管型DTA.高压DTA仪高温DTA仪微量DTA仪差热分析仪构造差热分析仪构造 加热系统 温度控制系统 信号放大系统 差热系统 记录系统 气氛控制系统和压力控制系统 图图1 差热分析仪结构示意图差热分析仪结构示意图1-参比物；参比物；2-样品；样品；3-加热块；加热块；4-加热器；加热器；5-加热块热电偶；加热块热电偶；6-冰冷联结；冰冷联结；7-温度程控；温度程
3、控；8-参比热电偶；参比热电偶；9-样品热电偶；样品热电偶；10-放大器；放大器；11-x-y记录仪记录仪典型的典型的DTA曲线曲线图中基线相当于图中基线相当于 T=0，样品无热效，样品无热效应发生，向上和向下应发生，向上和向下的峰反映了样品的放的峰反映了样品的放热、吸热过程。热、吸热过程。图图2 2 典型的典型的DTADTA曲线曲线二、差热曲线分析与应用二、差热曲线分析与应用依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的个数、形状及相应的温度等，可定性分析物质的个数、形状及相应的温度等，可定性分析物质的物理或化学变化过程，还可依据峰面积半定量地物理或化学
4、变化过程，还可依据峰面积半定量地测定反应热。测定反应热。表表2 2 差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因（1）定性分析定性分析：定性表征和鉴别物质定性表征和鉴别物质依据：峰温、形状和峰数目依据：峰温、形状和峰数目方法：将实测样品方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准曲线与各种化合物的标准（参考）（参考）DTA曲线对照。曲线对照。标准卡片有：萨特勒标准卡片有：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡片约研究室出版的卡片约2000张和麦肯齐张和麦肯齐(Mackenzie)制作的卡片制作的卡片1662张张(分分为矿物、无机物与有机物三部分为矿物、无机物与有
5、机物三部分)。应用应用（2）定量分析定量分析 依据：峰面积。因为峰面积反依据：峰面积。因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数与反应的物质的量或测定热化学参数。（3）借助标准物质）借助标准物质，可以说明曲线的面积与，可以说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。应用应用图图3 3 差热分析法测定相图差热分析法测定相图(a)(a)测定的相图测定的相图 (b)DTA(b)DTA曲线曲线图图5 5 为差热分析法用于共混聚合物鉴定示例。为差热分析法用于共混聚合
6、物鉴定示例。依据共混物依据共混物DTADTA曲线上的特征峰曲线上的特征峰(熔融吸热峰熔融吸热峰)确定共混物由确定共混物由高压聚乙烯高压聚乙烯(HPPE)(HPPE)、低压聚乙烯低压聚乙烯(LPPE)(LPPE)、聚丙烯聚丙烯(PP)(PP)、聚、聚甲醛甲醛(POM)(POM)、尼龙尼龙6(Nylon 6)6(Nylon 6)、尼龙尼龙66(Nylon 66)66(Nylon 66)和聚四氟乙和聚四氟乙烯烯(PTFE)7(PTFE)7种聚合物组成。种聚合物组成。差热分析的应用差热分析的应用 凡是在加热（或冷却）过程中，因物理凡是在加热（或冷却）过程中，因物理-化学变化而产化学变化而产生吸热或者放
7、热效应的物质，均可以用差热分析法加生吸热或者放热效应的物质，均可以用差热分析法加以鉴定。其主要应用范围如下：以鉴定。其主要应用范围如下：1 1）含水化合物）含水化合物对于含吸附水、结晶水或者结构水的物质，在加热过程对于含吸附水、结晶水或者结构水的物质，在加热过程中失水时，发生吸热作用，中失水时，发生吸热作用，在差热曲线上形成吸热峰在差热曲线上形成吸热峰。2 2）高温下有气体放出的物质）高温下有气体放出的物质一些化学物质，如碳酸盐、硫酸盐及硫化物等，在加热一些化学物质，如碳酸盐、硫酸盐及硫化物等，在加热过程中由于过程中由于COCO2 2、SOSO2 2等气体的放出，而产生吸热效应，等气体的放出，
8、而产生吸热效应，在差热曲线上表现为吸热峰。不同类物质放出气体的温在差热曲线上表现为吸热峰。不同类物质放出气体的温度不同，差热曲线的形态也不同，利用这种特征就可以度不同，差热曲线的形态也不同，利用这种特征就可以对不同类物质进行区分鉴定。对不同类物质进行区分鉴定。3 3）矿物中含有变价元素）矿物中含有变价元素矿物中含有变价元素，在高温下发生氧化，由低价元素矿物中含有变价元素，在高温下发生氧化，由低价元素变为高价元素而放出热量，在差热曲线上表现为放热峰。变为高价元素而放出热量，在差热曲线上表现为放热峰。变价元素不同，以及在晶格结构中的情况不同，则因氧变价元素不同，以及在晶格结构中的情况不同，则因氧化
9、而产生放热效应的温度也不同。化而产生放热效应的温度也不同。差热分析的应用差热分析的应用 4 4）非晶态物质的重结晶）非晶态物质的重结晶有些非晶态物质在加热过程中伴随有重结晶的现象发生，有些非晶态物质在加热过程中伴随有重结晶的现象发生，放出热量，在差热曲线上形成放热峰。此外，如果物质放出热量，在差热曲线上形成放热峰。此外，如果物质在加热过程中晶格结构被破坏，变为非晶态物质后发生在加热过程中晶格结构被破坏，变为非晶态物质后发生晶格重构，则也形成放热峰。晶格重构，则也形成放热峰。5 5）晶型转变）晶型转变有些物质在加热过程中由于晶型转变而吸收热量，在差有些物质在加热过程中由于晶型转变而吸收热量，在差热曲线上形成吸热峰。因而适合对金属或者合金、一些热曲线上形成吸热峰。因而适合对金属或者合金、一些无机矿物进行分析鉴定。无机矿物进行分析鉴定。差热分析的应用差热分析的应用 实验曲线的影响因素仪器因素炉子气氛、炉子尺寸和形状、样品支持材料、热电偶接合点球的尺寸和导线、升温速率等。样品特性样品大小、热传导率、热容。装填密度、样品量、稀释效应等。预详细了解敬请阅读预详细了解敬请阅读热分热分析及其应用析及其应用