熱重分析儀(熱重法)的重要特點是定量性強,能準確地測量物質的質量變化及變化的速率,可以說,只要物質受熱時發(fā)生重量的變化,就可以用熱重法來研究其變化過程。
影響熱重分析儀(熱重法)測定結果的因素,大致有下列幾個方面:儀器因素,實驗條件和參數(shù)的選擇,試樣的影響因素等等。
1、浮力及對流的影響。浮力和對流引起熱重曲線的基線漂移。熱天平內外溫差造成的對流會影響稱量的精確度。
解決方案:空白曲線、熱屏板、冷卻水等。
2、揮發(fā)物冷凝的影響。
解決方案:熱屏板。
3、溫度測量的影響。
解決方案:利用具特征分解溫度的高純化合物或具特征居里點溫度的強磁性材料進行溫度標定。
4、升溫速率。
升溫速率越大,熱滯后越嚴重,易導致起始溫度和終止溫度偏高,甚至不利于中間產(chǎn)物的測出。
5、氣氛控制。
與反應類型、分解產(chǎn)物的性質和所通氣體的種類有關。
6、紙速。
走紙速度快,分辨率高。
7、坩堝形狀。
8、試樣因素。
試樣用量、粒度、熱性質及裝填方式等。用量大,因吸、放熱引起的溫度偏差大,且不利于熱擴散和熱傳遞。粒度細,反應速率快,反應起始和終止溫度降低,反應區(qū)間變窄。粒度粗則反應較慢,反應滯后。裝填緊密,試樣顆粒間接觸好,利于熱傳導,但不利于擴散或氣體。要求裝填薄而均勻。
當前,國內冶金、鑄造、機械等行業(yè)的用戶為分析金屬材料中除碳硫以外的微量元素成分時,可使用的儀器有以下幾類。
1.光譜分析儀。
優(yōu)點是一次可以分析多種元素,精度較高。缺點是價格太高,一套幾十萬到上百萬,所以目前只有少數(shù)大型企業(yè)使用。
2.分光光度計。優(yōu)點是檢測波長選擇方便,價格不高。
缺點是檢測結果不能直接顯示(要換算);沒有曲線建立調用功能,檢測不同元素每次要重新定標;比色皿放入和倒出液體不方便;
對操作人員的化學分析基礎知識要求高,因此不能適應企業(yè)現(xiàn)場在線檢測分析的需要。
3.比色元素分析儀。
優(yōu)點是使用方便,價格也不高,對操作人員的化學分析基礎要求不高,因此被廣泛用于企業(yè)生產(chǎn)檢驗現(xiàn)場分析。但由于其產(chǎn)生的歷史原因,存在以下先天性缺陷。
光電比色金屬元素分析儀是我國在上世紀60年代適應鋼鐵冶金五大元素(碳、硫、硅、錳、磷)的現(xiàn)場在線檢測分析的需要而發(fā)展起來的。
檢測硅、錳、磷研制了元素分析儀(當時叫三元素,三個通道分別預設固定波長檢測硅、錳、磷),由于硅、錳、磷檢測要求的波長不多,精度要求不高,因此,三元素分析儀較好的滿足了鋼鐵冶金行業(yè)現(xiàn)場在線。
分析元素含量的需要。
但現(xiàn)在,各行業(yè)需要檢測的材料除了鋼鐵,還有生鐵,球鐵,礦石,銅合金、鋁合金、鋅合金,檢測的元素也從硅、錳、磷發(fā)展到銅、鉻、鎳、鋅、鎂、鎢、釩、鈮、鈦、鉬、鋁、砷、鋯、硼、稀土元素等多種元素。
傳統(tǒng)的光電比色金屬元素分析儀普遍存在的以下缺陷,就日益嚴重的體現(xiàn)出來:
1.測量波長為預設固定,不能連續(xù)可調,雖說有些機型可以更換(通過更換濾光片或發(fā)光二極管),但對于用戶來說仍嫌繁瑣,遇到測量超出儀器通道數(shù)的元素種類或要檢測不同合金材料時,尤其不方便。
而且不是所有波長的濾光片和LED可以采購到,使得某些特定元素的測量遇到困難,如鎂元素的測量需要576nm的光源,而這樣波長的濾光片和LED都無法得到。
2.測量光源大多為直流燈泡加濾光片或冷光源發(fā)光二極管,其波長準確度較差。
直流燈泡加濾光片方式其波長精度取決于濾光片,元素分析儀大多應用的濾光片,效果好的也只能達到±15nm。
采用發(fā)光二極管的波長準確度取決于使用的二極管,大多誤差范圍在20~30nm,無法保證分析檢測的精度。
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