差熱分析儀主要由溫度控制系統(tǒng)和差熱信號測量系統(tǒng)組成,輔之以氣氛和冷卻水通道,測量結(jié)果由記錄儀或計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理。
1、差熱分析儀溫度控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)由程序溫度控制單元、控溫熱電耦及加熱爐組成。程序溫度控制單元可編程序模擬復雜的溫度曲線,給出毫伏信號。當控溫熱電耦的熱電勢與該毫伏值有偏差時,說明爐溫偏離給定值,由偏差信號調(diào)整加熱爐功率,使爐溫很好地跟蹤設定值,產(chǎn)生理想的溫度曲線。
2、差熱分析儀差熱信號測量系統(tǒng)
該系統(tǒng)由差熱傳感器、差熱放大單元等組成。
差熱傳感器即樣品支架,由一對差接的點狀熱電耦和四孔氧化鋁桿等裝配而成,測定時將試樣與參比物(常用α-Al2O3)分別放在兩只坩堝中,置于樣品桿的托盤上,然后使加熱爐按一定速度升溫(如10℃·min-1)。如果試樣在升溫過程中沒有熱反應(吸熱或放熱),則其與參比物之間的溫差ΔT=0;如果試樣產(chǎn)生相變或氣化則吸熱,產(chǎn)生氧化分解則放熱,從而產(chǎn)生溫差ΔT,將ΔT所對應的電勢差(電位)放大并記錄,便得到差熱曲線。各種物質(zhì)因物理特性不同,因此表現(xiàn)出其特有的差熱曲線。
1、為確保試驗結(jié)果的準確性,使用儀器時先空燒30分鐘左右。儀器長時間不用,再次使用時,務必空燒(不放任何樣品和參比物)兩到三次,可以將:溫度設為500℃、速率設為10℃/min、恒溫設為0min按【運行】鍵。
2、粉狀試樣應壓實。
3、升溫、速率一般情況下選擇(10~20)℃/min。過大會使曲線產(chǎn)生漂移,降低分辨力;過小測定時間長。
4、試樣用量不宜過多,也不宜過少,應適宜。一般為20mg左右,如樣品用量另有要求,根據(jù)要求確定用量、液體樣品不要超過坩堝體積的一半。
5、如果實驗區(qū)有灰塵或其他粉末狀雜物應使用洗耳球吹干凈,用嘴吹時小心迷眼。
6、不得使用硬物清潔樣品托及實驗區(qū),以免對儀器造成永久性損害。
7、實驗區(qū)污染嚴重時,可以將:溫度設為600℃、速率設為20℃/min、恒溫設為30min按【運行】鍵。
特別注意:實驗室室溫控制在20℃-30℃,溫度較為恒定的情況下實驗結(jié)果精確度和重復性較高。室溫較高的情況下需開空調(diào)以保證環(huán)境溫度在短期內(nèi)相對恒溫。
差熱分析儀操作簡單,但在實際工作中常常發(fā)現(xiàn)同一試樣在不同儀器上測量,或不同的人在同一儀器上測量,所得到的差熱曲線結(jié)果有差異。峰的較高溫度、形狀、面積和峰值大小都會發(fā)生一定變化。其主要原因是因為熱量與許多因素有關(guān),傳熱情況比較復雜所造成的。一般說來,一是儀器,二是樣品。雖然影響因素很多,但只要嚴格控制某種條件,仍可獲得較好的重現(xiàn)性。
1、升溫速率的影響和選擇
升溫速率不僅影響峰溫的位置,而且影響峰面積的大小,一般來說,在較快的升溫速率下峰面積變大,峰變尖銳。但是快的升溫速率使試樣分解偏離平衡條件的程度也大,因而易使基線漂移。更主要的可能導致相鄰兩個峰重疊,分辨力下降。較慢的升溫速率,基線漂移小,使體系接近平衡條件,得到寬而淺的峰,也能使相鄰兩峰更好地分離,因而分辨力高。但測定時間長,需要儀器的靈敏度高。一般情況下選擇8度·min-1~12度·min-1為宜。
2、氣氛和壓力的選擇
氣氛和壓力可以影響樣品化學反應和物理變化的平衡溫度、峰形。因此,必須根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇適當?shù)臍夥蘸蛪毫Γ械臉悠芬籽趸?,可以通入N2、Ne等惰性氣體。
3、參比物的選擇
要獲得平穩(wěn)的基線,參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化,在整個升溫過程中參比物的比熱、導熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。
常用α-三氧化二鋁Al2O3)或煅燒過的氧化鎂(MgO)或石英砂作參比物。如分析試樣為金屬,也可以用金屬鎳粉作參比物。如果試樣與參比物的熱性質(zhì)相差很遠,則可用稀釋試樣的方法解決,主要是減少反應劇烈程度;如果試樣加熱過程中有氣體產(chǎn)生時,可以減少氣體大量出現(xiàn),以免使試樣沖出。選擇的稀釋劑不能與試樣有任何化學反應或催化反應,常用的稀釋劑有SiC、鐵粉、Fe2O3、玻璃珠Al2O等。
4、試樣的預處理及用量
試樣用量大,易使相鄰兩峰重疊,降低了分辨力。一般盡可能減少用量,較多大至毫克。樣品的顆粒度在100目~200目左右,顆粒小可以改善導熱條件,但太細可能會破壞樣品的結(jié)晶度。對易分解產(chǎn)生氣體的樣品,顆粒應大一些。參比物的顆粒、裝填情況及緊密程度應與試樣一致,以減少基線的漂移。
5、紙速的選擇
在相同的實驗條件下,同一試樣如走紙速度快,峰的面積大,但峰的形狀平坦,誤差小;走紙速率小,峰面積小。因此,要根據(jù)不同樣品選擇適當?shù)淖呒埶俣?。不同條件的選擇都會影響差熱曲線,除上述外還有許多因素,諸如樣品管的材料、大小和形狀、熱電偶的材質(zhì)以及熱電偶插在試樣和參比物中的位置等。市售的差熱儀,以上因素都已固定,但自己裝配的差熱儀就要考慮這些因素。