2024年差热分析实验报告.docx

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r260584\h差热分析

摘要：本文论述了差热分析的基本原理、试验及数据处理措施，分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并對其進行了分析，最终對本试验進行了讨论。

关键詞：差热分析，差热曲线，锡，五水硫酸铜

1.引言

差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或時间)关系的一种技术。描述這种关系的曲线称為差热曲线或DTA曲线。描述這种关系的曲线称為差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差重要取决于试样的温度变化，因此就其本质来說，差热分析是一种重要与焓变测定有关并籍此理解物质有关性质的技术。

2.差热分析的基本原理

物质在加热或冷却過程中會发生物理变化或化學变化，与此同步，往往還伴随吸热或放热現象。伴随热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化還原、分解、脱水和离解等化學变化。另有某些物理变化，虽無热效应发生但比热容等某些物理性质也會发生变化，此类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变時质量不一定变化，但温度是必然會变化的。差热分析正是在物质此类性质基础上建立的一种技术。

若将在试验温区内呈热稳定的已知物质(参比物)和试样一起放入加热系统中(图1)，并以线性程序温度對它們加热。在试样没有发生吸热或放热变化且与程序温度间不存在温度滞後時，试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。若试样发生放热变化，由于热量不也許從试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移動。反之，在试样发生吸热变化時，由于试样不也許從环境瞬间吸取足够的热量，從而使试样温度低于程序温度。只有經历一种传热過程试样才能答复到与程序温度相似的温度。

图1加热和测定试样与参比物温度的装置示意图

在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相似的理想状况，用图1装置测得的试样和参比物的温度及它們之间的温度差随時间的变化如图2所示。图中参比物的温度一直与程序温度一致，试样温度则随吸热和放热過程的发生而偏离程序温度线。當TS-TR=ΔT為零時，因中参比物与试样温度一致，两温度线重叠，在ΔT曲线则為一条水平基线。

图2线性程序升温時试样和参比物的温度及温度差随時间的变化

试样吸热時ΔT0，在ΔT曲线上是一种向下的吸热峰。當试样放热時ΔT0，在ΔT曲线上是一种向上的放热峰。由于是线性升温，通過了T-t关系可将ΔT-t图转换成ΔT-T图。ΔT-t(或T)图即是差热曲线，表达试样和参比物之间的温度差随時间或温度变化的关系。

差热曲线直接提供的信息有峰的位置、峰的面积、峰的形状和個数。由它們不仅可以對物质進行定性和定量分析，并且還可以研究变化過程的動力學。

曲线上峰的起始温度只是试验条件下仪器可以检测到的開始偏离基线的温度。根据ICTA的规定，该起始温度应是峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交點所對应的温度。若不考虑不一样仪器的敏捷度不一样等原因，外推起始温度比峰温更靠近于热力學平衡温度。

由差热曲线获得的重要信息之一是它的峰面积。根据經验，峰面积和变化過程的热效应有著直接联络，而热效应的大小又取决于活性物质的质量。Speil(斯贝尔)指出峰面积与對应過程的焓变成正比：

式中，A是差热曲线上的峰面积，由试验测得的差热峰直接得到，K是系数。在A和K值已知後，即能求得待测物质的热效应Qp和焓变?H

3.差热分析的试验措施

（1）启動计算机，将控制器、加热炉和计算机用對应的接线连接起来。

（2）使用小药匙往小坩埚中装填参比样品和待测样品。

（3）在坩埚架上放置药物，降下炉体。

（4）设定升温速率，启動数据记录软件，開始加热。

（5）到达目的温度後停止加热，保留数据。

4.對样品差热曲线的分析

本次试验的试样為锡样品和五水硫酸铜样品，参比物為三氧化二铝。

（1）首先給出锡样品的差热曲线，如图3所示。

图3

按第2节差热分析的基本原理所述，求出峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交點所對应的温度近似作為热力學平衡温度。為此，分别對基线和峰前缘進行线性拟合，如图4所示，求出两条直线交點的横坐標為234.8℃。查表可知锡的熔點為231.9℃，因此可以断定锡在试验中发生了固液相变。

图4

進而分别绘出差热曲线的积分值曲线和基线的积分值曲线如图5、图6所示。差热峰区域的起止點横坐標分别為T1=225.0℃、T2=290.2℃。采用ICTA第二次国际试验计划

图5图6

中规定的措施计算峰面积值：

式中面积的單位為(℃