热分析实验指导.doc

实验六热分析实验 一、 目的与要求 了解热重分析的仪器装虽氏实验技术。 2?了解差热分析的仪器装虽及实验技术。 3熟悉综合热分析的特点，掌握综合热曲线的分析方法。 4?测绘矿物的热重曲线和差热分析曲线，解释由线芟化的原闵。 二、 原理 1热亶分析的仪踣结构与分析方法 热重分析法是在程库控制遍度下，测量物质的质量随遍度变化的一种实验技术。 热重分析通常有静态法和动态法两种类型。 静态法又称等遍热重法，是在恒温下测定物质质量变化与遍度的关系，逋常把试样在各 给定温度加热至恒重。该法比较准确，常用来研究冏相物质热分解的反应速眉和测定反应速 度常数。 动态法又称非等温热重法，畏在程序升遍下测定物质质量变化与温度的关系，采用连续 升遍连续称賣的方式。该法简便，易于与其他热分析法组合在一起，实际中采用较多。 热重分析仪的基本结构由精密天平、加热炉疋温控单元组成。如图1所示：加热炉由温 控加热单元按给定速度升温.并由温庭读教裳记录遍定、炉中试禅质量变化可由天平记录。 由热重分析记录的质量变化对温廈的关系曲线称热重曲线（TG曲线）。曲线的纵坐标 为质量，橫坐标为温度。例如冏体热分解反应A （冏）一B （冏）+C （气）的典型热賣曲 线如图2所示。 02同体热分解反应的热重曲线 图中7；为起始温度，即累计质量变化达到热天平可以检测时的温度。斥为终止温度， 即累计质量变化达到最大債时的遍度。 热重曲线上质量杀本不变的部分称为荃线或平台，如图2中必、部分。 若试样初始质量为【％,失重后试样质量为【％,则失重百分数为（1%—W；）/I%X1OO%。 许多物质在加热过程中会在某溫度发生分解、脱水、氧化、还原和升华等物理化学炎化 而出现质量变化，发生质量变化的温度氏质量更化百分数随着物质的结构氏组成而异，闵而 可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程，如试样的组成、热稳定性、热分解遍度、 热分解产物和热分解动力学等。例如含有一个结晶水的草酸钙（GiC2O「H2（））的热重曲线 如图3, CaC2（）4 - H2C）在100°C以前没有失重现象，其热重曲线呈水平状，为TG曲线的第 一个平台。在100°C和200°C之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质 量的12.3%,正好相当于每molCaC204 - H2O lmolH20,因此这一步的热分解应按 CaC2O4-H2O 1H）I200，c CaCiO4 + HzO 进行。在400°C和500°C之间失重并开始呈现第三个平台，其失賣量占试样总质量的18.5%, 相当于每molCaC2O4分解出lnwlCO,因此这一步的热分解应按 CaC2O4 她—矶》CaCO3 + CO 进行。在600BC和800°C之间失重并出现第四个平台，其失重量占试样总质量的30%,正好 相当于每m（）lCaC2O4分解出lnwlC（）2,因此这一步的热分解应按 CaC2O4 —CaO + CO2 进行。 可见借助热重曲线可推断反应机理X产物。 2、综合热分析 OTA. DSC、TG等各种单功能的热分析仪若相互组装在一起，就可以变成多功能的综 合热分析仪，如DTA-TG、DSC-TG、DTA-TMA (热机械分析)、DTA-TG-DTG (微 商热畫分析)组合在一起。综合热分析仪的优点是在完全相同的实验条件下，即在同一次实 验中可以获得多种信息，比如进行PTA-TG-DTG综合热分析可以一次同时获得差热曲 线、热重曲线和徴商热重曲线。根据在相同的实验条件下得到的关于试样热变化的多种信息， 就可以比较顺利地得出符合实际的判断。 综合热分析的实脸方法与DTA、DSC、TG的实脸方法基本类同，在样品测试前选择好 测量方式和相应量程，调整好记录零点，就可在给定的升温速度下测定样品，得出综合热曲 线。 综合热曲线实际上是各单功能热曲线测绘在同一张记录纸上，丙此，各单功能标准热曲 线可以作为综合热曲线中各个曲线的标准。利用综合热曲线进行矿物鉴定或解释峰谷产生的 原闵时，可查阅有关的图谱。 图4示出了某种粘土的综合热曲线，它包括加热曲线、差热曲线、热重曲线和收缩由线。 根据综合热分析可知，该粘土的主要谱形与高岭石(A12Os - 2SiO2 - 2H2O)相符，故其矿物 组成以高岭石为主。差热曲线两个显普的吸热峰，第一个呎热峰从200°C以下开始发生至 26()匕达峰值，热重曲线上对应着这一过程质量损失3.7%,而收缩曲线表明这一过程体枳变 化不大，所以这一呎热峰对应的是高岭石失去呎附水、层间水的过程。第二吹热峰从540°C 开始至640°C达顶峰，这一过程质量损失达1.31%,而体积收缩1.4%,这一过程的强烈的呎 热效应相当于高岭石晶格中()H—根脱出或结晶水排除，致使晶格破坏，偏高岭石 (A12O3 ? 2SiO2)分