影響熱分析測量的試驗因素

發布日期：2023-10-16      瀏覽次數：2060

影響熱分析測量的實驗因素


一、升溫速率對熱分析實驗結果的影響

升溫速率對熱分析實驗結果有十分明顯的影響，總體來說，可概括為如下幾點。

1、快速升溫是將反應推向在高溫區以更快的速度進行，即不僅使DTA曲線的峰溫Tp升高，且峰幅變窄，呈尖高峰。

2、對多階反應，慢速升溫有利于階段反應的相互分離，使DTA曲線呈分離的多重峰，TG曲線由本來快速升溫時的轉折，轉而呈現平臺。

3、DTA曲線的峰面積隨升溫速率的降低而略有減小的趨勢，但一般來講相差不大，如高嶺石在大約600℃的脫水吸熱反應，當升溫速率范圍為5~20℃/min時，峰面積*大相差在±3%以內。

4、升溫速率影響試樣內各部位的溫度分布。如厚度為1mm的低密度聚乙烯DSC測定表明，當升溫速率為2.5℃/min時，試樣內外溫差不大；而80℃/min時溫差可達10℃以上。

二、試樣用量和粒度對熱分析實驗結果的影響

少量試樣有利于氣體產物的擴散和試樣內溫度的均衡，減小溫度梯度，降低試樣溫度***性升溫的偏差，這是由于試樣的吸、放熱效應而引起的。

另外，堆砌松散的試樣顆粒之間有空隙，使試樣導熱變差，而顆粒越小，越可堆得緊密，導熱良好。不管試樣的粒度如何，堆砌密度不是很容易重復的，也會影響TG曲線的形貌特征。

三、氣氛對熱分析實驗結果的影響

熱分析實驗常需變換氣氛，借以辨析熱分析曲線熱效應的物理-化學歸屬。如在空氣中測定熱分析曲線呈現放熱峰，而在惰性氣氛中測定，依不同的反應可分為幾種情形：如為結晶或固化反應，則放熱峰大小不變：如為吸熱反應，則是分解燃燒反應：如無峰或呈現非常小的放熱峰，則是金屬氧化之類的反應。借此可觀測有機聚合物等熱裂解與熱氧化裂解之間的差異。

對于形成氣體產物的反應，如不將氣體產物及時排出，或通過其它方式提高氣氛中氣體產物的分壓，會使反應向高溫移動。如水汽使含水硫酸鈣CaSO4•2H2O失水反應受到抑制，與在空氣中測定的結果相比，反應溫度移向高溫，呈雙重峰及分步脫水過程。

四、浮力、對流和湍流對TG曲線的影響

樣品支持器所處介質空間氣相密度隨溫度的升高而降低，因而浮力減小，表現為表觀增重。

對試樣容器來說，朝***動的空氣引起表觀失重，而空氣湍流引起增重，這與坩堝尺寸和形狀有關，可借助位于試樣容器上方的出氣孔加以調整，但使TG曲線在整個溫度范圍內沒有表觀質量變化是比較困難的。

現有的熱天平，在25~650℃的溫度范圍內，質量變化可控制在2μg以內。

五、裝樣的緊密程度對熱分析實驗結果的影響

試樣在坩堝中裝填的松緊程度會影響熱分解氣體產物向周圍介質空間的擴散和試樣與氣氛的接觸。如含水草酸鈣CaSO4•2H2O的第2步失去一氧化碳（CO）的反應：

              CaC2O4→CaCO3+CO↑

當介質為空氣時，如裝樣較疏松，有較充分的氧化氣氛，則DTA曲線呈放熱效應（峰溫511℃），是CO氧化：

              2CO+O2→2CO2

上述結果說明，這步反應的吸、放熱現象與裝樣的緊密程度有關。總的來說，CaC2O4分解所需的能量如小于CO 氧化放出的能量，則表現為放熱反應，反之為吸熱。