图5所示的热失重曲线,试样质量的W0在初始阶段有一定的质量损失(W0-W1),这往往是吸附在试样中的物质受热解吸所致:水是最常见的吸附质。 一个热重过程的温度由曲线的直线部分外延相交加以确定。图中的T1为一种稳定相的分解温度。在T2至T3温度区间内,存在着另一种稳定相,两者的质量差为(W1-W2),其质量因子关系当然也可由此进行计算。
测定过程中升温速度过快,会使温度测得值偏高。所以要有合适的操作条件才能得到再现性良好的可靠结果。通常,升温速率可控制在5~10℃/min范围。试样的颗粒如果太小,测得温度会偏低;太大则影响热量的传递。试样还宜铺成薄层,以免逸出的气体将试样粉末带走。
图5 热失重曲线
(三)差示扫描量热法
差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下,测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。DSC和DTA仪器装置相似,把固体试样S与热惰性的参比物R置于同一加热炉中,所不同的两个坩埚下面还各自安装着一套加热器和测温元件。测定过程中,加热电炉按照一定的速率升温或降温,当试样有热放应发生时,欲维持S与R之间的温度差为零,则要用电功予以补偿。所以,将两个加热器的补偿功率之差随温度变化的关系记录下来,就可以测量试样受热变化过程中焓变的大小。还有一种热流式的差示扫描量热仪,这里不作介绍。 图6为差示扫描量热仪工作原理示意图。记录仪图纸的横坐标为温度或时间,纵坐标则以焓对时间的微分(dH/dt)来表示。峰面积与受热过程的焓变值 成正比。为了准确求得 ,需要选用已知的纯物质作为基准进行标定。根据待测物温度变化范围,本实验以熔点为156.5℃的纯铟作为基准物,其熔化热为28.4 J·g-1。因此,用差示扫描量热法可以直接测量热量,这是与差热分析的一个重要区别。此外,DSC与DTA相比,另一个突出的优点是后者在试样发生热效应时,
试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升温时试样由于放热而一度加速升温)。而前者由于试样的热量变化随时可得到补偿,试样与参比物的温度始终相等,避免了参比物与试样之间的热传递,故仪器的反应灵敏,分辨率高,重现性好。尽管差示扫描量热分析可以较准确地进行定量计算,但由于仪器制造技术方面的原因,目前最高只能测定到750℃左右,高于此温度就只能采用差热分析方法了。
图6 功率补偿式差示扫描量热仪工作原理示意图
1. 温差热电偶;2.补偿电热丝;3.坩埚;4.电炉;5.控温热电
偶
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