差热分析法
差热分析
差动热分析仪热分析是在程序控温条件下，测量物质物理化学性质随温度变化的函数关系的一种技术。
程序控温可采用线性、对数或倒数程序。
热分析法依照所测样品物理性质的不同有以下几种：差热分析法，差示扫描量热法，热重分析法，热膨胀分析及热——力分析法等。
图a. 差动热分析仪整机线路连接图1.电炉2.气氛控制单元3.数据站接口单元4.差动热补偿单元5.差热放大单元6.可控硅加热单元7.微机温控单元图b. 仪器各主要部件2图c. 加热炉组件图d. 电炉（一）差热分析差热分析（differential thermal analysis, DTA）法是在程序控温下，测量物质与参比物之间温度差随温度或时间变化的一种技术。
根据国际热分析协会(international confederation for thermal analysis, ICTA) 规定，DTA曲线放热峰向上，吸热峰向下，灵敏度单位为微伏（μV）。
如图1-1为苦味酸（三硝基苯酚）的DTA曲线。
图1-1 苦味酸在动态空气中的DTA曲线可见，体系在程序控温下，不断加热或冷却降温，物质将按照它固有的运动规律而发生量变或质变，从而产生吸热或放热，根据吸热或放热便可判定物质内在性质的变化。
如：晶型转变、熔化、升华、挥发、还原、分解、脱水或降解等。
差热分析测量原理如图1-2所示。
图1-2 差热分析原理示意图图1-3 仪器工作原理差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成，辅之以气氛和冷却水通道，测量结果由记录仪或计算机数据处理系统处理。
1.温度控制系统该系统由程序温度控制单元、控温热电耦及加热炉组成。
程序温度控制单元可编程序模拟复杂的温度曲线，给出毫伏信号。
当控温热电耦的热电势与该毫伏值有偏差时，说明炉温偏离给定值，由偏差信号调整加热炉功率，使炉温很好地跟踪设定值，产生理想的温度曲线。
2.差热信号测量系统该系统由差热传感器、差热放大单元等组成。
差热传感器即样品支架，由一对差接的点状热电耦和四孔氧化铝杆等装配而成，测定时将试样与参比物（常用α-Al2O3）分别放在两只坩埚中，置于样品杆的托盘上，然后使加热炉按一定速度升温（如10℃〃min-1）。
差热分析法误差分析
差热分析法误差分析
差热分析法是一种可用于涉及正在发生变化的系统的应用的广泛的热力学分析方法。
在使
用此分析方法的一些情况下，必须确定什么样的误差可能会出现。
差热分析法的误差取决于很多因素，其中包括输入参数是否可靠、计算结果如何以及计算
器构建是否正确。
所有这些参数必须在开始分析之前进行考虑，而误差在预定义的构建表
达式中开始变得明显。
将有助于避免无效的结果。
另一个可能影响差热分析法误差的因素是，有些应用中无法直接反映小变化的温度和压力变量之间的关系，因此可能会导致偏差。
在这种情况下，分析包含的数据可能过时，可能会产生计算结果的误差。
此外，差热分析法还可能受到其他热力学过程的影响，例如相变、混合、气体振动以及液
体压力等。
如果这些过程被忽视了，一些误差可能会出现。
同样，一般情况下，差热分析法所涉及的一些量可能是近似量，而不是精确值，因此也可
能会产生误差。
而且，如果模型过度简化，误差也很可能发生。
另一方面，对于用于具有稳定的“状态”的差热分析法，如果在分析过程中不考虑时间因素，则可能会发生一些错误。
总的来说，在使用差热分析法进行热力学分析之前，应该尽可能详细地了解以上几种可能给分析带来误差的因素，以确保分析的结果正确可靠。
热重分析及差热分析
不同点
dm/dt = f ( T 或t )
TG与DTG：信号 处 理方式不同。 曲线：台阶与峰 形课件
DTG曲线的优点
➢ 能准确反映出起始反应温度Ti，达到最大反应速率的温 度Te和反应终止温度Tf 。
➢ 更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG比TG分 辨率更高。
分析天平基础上发展起来的，具有一些特殊要求的精密仪 器：（1）程序控温系统及加热炉，炉子的热辐射和磁场 对热重测量的影响尽可能小；（2）高精度的重量与温度 测量及记录系统；（3）能满足在各种气氛和真空中进行 测量的要求；（4）能与其它热分析方法联用。
热天平由精密天平和线性程序控温加 热炉组成。
精品课件
精品课件
差热分析法(DTA) ( Differential Thermal Analysis)
定义：在程序控制温度下，测量物质和参比物之间 的温度差与温度关系的一种技术。
当试样发生任何物理（如相转变、熔化、结晶、升 华等）或化学变化时，所释放或吸收的热量使试 样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在 DTA曲线上得到放热或吸收峰。
热分析法概述
热分析方法是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行 分析的总称。根据国际热对热分析法的定义：热分析是在 程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一门 技术。所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷 却，所谓“物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、 尺寸、机械、电学、声学及磁学性质等。
精品课件
含有一个结晶水的草酸钙的TG曲线和DTG曲线
CaC2O4·H2O→CaC2O4+H2O （100-200℃，失重量12.5% ）
CaC2O4→CaCO3+CO ）CaCO3→CaO+CO2 ）
差热和热重分析
差热分析可以用来研究土壤中污染物 的热分解和转化过程，例如研究土壤 中农药的分解和转化过程。
热重分析可以用来研究土壤中污染物 的迁移和分布特性，例如研究土壤中 重金属的分布和迁移特性。
06 差热和热重分析的未来发 展与挑战
新技术发展
新型传感器技术
利用新型传感器技术，如纳米传感器和柔性传感器，提高差热和 热重分析的灵敏度和精度。
差热分析的应用
01 确定物质的熔点、玻璃化转变温度等物理 性质。
02 研究物质的热稳定性、热分解和氧化等化 学性质。
03
用于药物、食品、聚合物、陶瓷等领域的 研发和质量控制。
04
热重分析（TGA）
02 热重分析（TGA）
热重分析的定义
热重分析（TGA）是一种在程序控温下测量物质质量与温度关系的分析方法。通过 测量物质质量随温度变化的情况，可以研究物质在加热或冷却过程中的物理和化学 变化。
在热重分析中，样品被放置在热天平上，并加热或冷却以模拟不同的温度条件。随着温度的变化，样 品的质量会发生变化，这些变化被记录并转化为温度与质量之间的关系曲线。通过对曲线的分析，可 以了解物质在加热或冷却过程中的质量变化情况。
热重分析的应用
热重分析在多个领域都有广泛的应用，包括材料科学 、化学、制药、食品科学等。它可以用于研究材料的 热稳定性、分解行为、反应动力学以及物质在温度变 化过程中的相变等。
陶瓷材料的抗热震性能
差热分析可以研究陶瓷材料在不同温度下的热震稳定性，对于陶瓷 材料的应用具有重要意义。
金属材料
金属材料的熔点和凝固点
01
通过差热分析，可以精确测定金属材料的熔点和凝固点，有助
于了解金属材料的热物性。
金属材料的氧化和腐蚀行为
差热分析法(DTA)简介 (Differential Thermal Analysis)
差热分析法(DTA)简介（Differential Thermal Analysis）1.DTA的基本原理差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中，样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。
如:相转变，熔化，结晶结构的转变，沸腾，升华，蒸发，脱氢反应，断裂或分解反应，氧化或还原反应，晶格结构的破坏和其它化学反应。
一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。
将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率进行程序升温，以表示各自的温度，设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。
则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。
若以对t作图，所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示，在0-a区间，ΔT大体上是一致的，形成DTA曲线的基线。
随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，则与参比物间的温差变大，在DTA曲线中表现为峰。
显然，温差越大，峰也越大，试样发生变化的次数多，峰的数目也多，所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质，而峰面积与热量的变化有关。
图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原理图图II-3-2试样和参比物的升温曲线1.参比物;2.试样;3.炉体;4.热电偶(包括吸热转变)图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线TA曲线所包围的面积S可用下式表示式中m是反应物的质量，ΔH是反应热，g是仪器的几何形态常数，C是样品的热传导率ΔT是温差，t1是DTA曲线的积分限。
这是一种最简单的表达式，它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。
这里忽略了微分项和样品的温度梯度，并假设峰面积与样品的比热无关，所以它是一个近似关系式。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC) ppt课件
of the first Na-containing i-QC, i-Na13Au12Ga15,
which belongs to the Bergman type but has an
extremely low valence electron-to-atom (e/a)
value of 1.75
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800
1000
1200
140 780
180 205
1030
450
PPT课件Tຫໍສະໝຸດ ℃10差热分析法（DTA）
参比物：在测量温度范围 内不发生任何热效应的物 质，如-Al2O3、MgO等。
程序控温下， 测量物与参比 物的温差与温 度的关系 ΔT=f(T) 正峰：放热 倒峰：吸热
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11
差示扫描量热法
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亮点
金属氧化物薄层通常制备方法：原子层沉积、脉冲激 光沉积、化学气相沉积、射频溅射、喷墨印刷等方法。
本文—— “combustion” process in which the
heat required for oxide lattice formation is provided by the large internal energies of the precursors
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略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
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贰
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《应用化学》（德语：Angewandte Chemie） 每周出版一期 由德国化学会出版，由约翰威立公司发行。
PPT课件
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主要内容
we report the discovery and characterizations
差热分析法
差热分析法基本原理差热分析法——Differential Thermal Analysis (DTA)是在程序控制温度下，测量试样与参比物质之间的温度差ΔT与温度T（或时间t）关系的一种分析技术，所记录的曲线是以ΔT 为纵坐标,以T（或t）为横坐标的曲线，称为差热曲线或DTA曲线，反映了在程序升温过程中，ΔT与T或t的函数关系：ΔT = f ( T ) 或f ( t )参比物质为一种在所测量温度范围内不发生任何热效应的物质。
通常使用的参比物质是灼烧过的α-Al2O3或MgO。
图17.6为DTA原理示意图。
加热时，温度T及温差△T分别由测温热电偶及差热电偶测得。
差热电偶是由分别插在试样S和参比物R的二支材料、性能完全相同的热电偶反向相连而成。
当试样S没有热效应发生时，组成差热电偶的二支热电偶分别测出的温度T s、T R相同，即热电势值相同，但符号相反，所以差热电偶的热电势差为零，表现出ΔT=T s-T R=0，记录仪所记录的ΔT曲线保持为零的水平直线，称为基线。
若试样S有热效应发生时，T s≠T R，差热电偶的热电势差不等于零，即ΔT=T s-T R≠0，于是记录仪上就出现一个差热峰。
热效应是吸热时，ΔT=T s-T R＜0，吸热峰向下，热效应是放热时，ΔT＞0，放热峰向上。
当试样的热效应结束后，T s、T R又趋于一样，ΔT恢复为零位，曲线又重新返回基线。
图17.7为试样的真实温度与温差比较图。
差热峰反映试样加热过程中的热效应，峰位置所对应的温度尤其是起始温度是鉴别物质及其变化的定性依据，峰面积是代表反应的热效应总热量，是定量计算反应热的依据，而从峰的形状（峰高、峰宽、对称性等）则可求得热反应的动力学参数。
表17.2列出了各种吸热和放热体系的类型，供判断差热峰产生机理时参考。
表17.2 差热分析中吸热和放热体系的主要类型现象(物理的原因)吸热放热现象(化学的原因)吸热放热结晶转变○○化学吸附○熔融○析出○气化○脱水○升华○分解○○吸附○氧化度降低○脱附○氧化（气体中）○吸收○还原（气体中）○氧化还原反应○○固相反应○○影响DTA的因素影响DTA的因素很多，下面讨论几种主要的因素：★升温速度的影响保持均匀的升温速度(ψ)是DTA的重要条件之一，即应：ψ = dT R / dt = 常数若升温速度不均匀(即ψ有波动)，则DTA曲线的基线会漂移，影响多种参数测量。
热重分析及差热分析
热重分析法
• 分析原理 • 仪器装置 • 影响因素 • 应用
基本原理
许多物质在加热或冷却过程中除了产生热效应外，往往有 质量变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成 和结构密切有关。因此利用在加热和冷却过程中物质质量 变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
• 热重分析法(TG):在程序控制温度下，测量物质的质量与 温度变化关系的一种技术。 TG曲线记录的是质量-温度， 质量保留百分率-温度或失重百分率-温度的关系。
当试样发生任何物理（如相转变、熔化、结晶、升 华等）或化学变化时，所释放或吸收的热量使试 样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在 DTA曲线上得到放热或吸收峰。
差热分析曲线
根据国际分析协会ICTA的规定，差热分析DTA是 将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热 或冷却，将两者间的温度差对时间或温度作记录 的方法。从DTA获得的曲线试验数据是这样表示的 ：纵坐标是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示 放热反应，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t ），从左到右增加。
物质在温度变化过程中，常常伴随宏观物理、化学等性 质的变化，宏观上的这些性质变化通常又与物质的组成和 微观结构相关联。通过测量和分析物质在加热或冷却过程 中的物理、化学性质的变化，可以对物质进行定性、定量 分析，从而实现对物质的结构鉴定，为新材料的研究和开 发提供热性能数据和精细结构信息。
热分析需满足三个条件
含有一个结晶水的草酸钙的TG曲线和DTG曲线
CaC2O4·H2O→CaC2O4+H2O （100-200℃，失重量12.5% ）
CaC2O4→CaCO3+CO
（400-500℃，失重量18.5%）
CaCO3→CaO+CO2 （600-800℃，失重量30.5% ）
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DTA仪的种类
• • • • 密封管型DTA. 高压DTA仪 高温DTA仪 微量DTA仪
差热分析仪构造
• • • • • • 加热系统 温度控制系统 信号放大系统 差热系统 记录系统 气氛控制系统和压力控制系统
图1 差热分析仪结构示意图 1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电偶； 参比物； 样品 样品； 加热块 加热块； 加热器 加热器； 加热块热电偶 加热块热电偶； 参比物 6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品热电偶； 冰冷联结； 温度程控 温度程控； 参比热电偶 参比热电偶； 样品热电偶 样品热电偶； 冰冷联结 10-放大器；11-x-y记录仪 放大器； 放大器 记录仪
DTA曲线
• 当给予被测物和参比物同等热量时，因二 者对热的性质不同，其升温情况必然不同， 通 过测定二者的温度差达到分析目的。以 参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度 为横座 标所得的曲线，称为DTA曲线。 • 参比物（或基准物，中性体）：在测量温 参比物（或基准物，中性体）： ）：在测量温 度范围内不发生任何热效应的物质， 度范围内不发生任何热效应的物质，如αAl2O3、MgO等 等 • 用于差热分析的装置称为差热分析仪。 用于差热分析的装置称为差热分析仪。
实验曲线的影响因素
• 仪器因素——炉子气氛、炉子尺寸和形状、样品支持
材料、热电偶接合点球的尺寸和导线、升温速率等。
• 样品特性——样品大小、热传导率、热容。装填密度、
样品量、稀释效应等。
• 预详细了解敬请阅读《热分 预详细了解敬请阅读《 析及其应用》 析及其应用》
应用
• （2）定量分析 依据：峰面积。因为峰面积反 依据：峰面积。 ）
映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参 映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参 ），可用来 与反应的物质的量或测定热化学参数。 与反应的物质的量或测定热化学参数。 化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。 化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。
差热分析的应用
3）矿物中含有变价元素 矿物中含有变价元素，在高温下发生氧化， 矿物中含有变价元素，在高温下发生氧化，由低价元素 变为高价元素而放出热量，在差热曲线上表现为放热峰。 变为高价元素而放出热量，在差热曲线上表现为放热峰。 变价元素不同，以及在晶格结构中的情况不同， 变价元素不同，以及在晶格结构中的情况不同，则因氧 化而产生放热效应的温度也不同。 化而产生放热效应的温度也不同。
差热分析的应用
凡是在加热（或冷却）过程中，因物理凡是在加热（或冷却）过程中，因物理-化学变化而产 生吸热或者放热效应的物质， 生吸热或者放热效应的物质，均可以用差热分析法加 以鉴定。其主要应用范围如下： 以鉴定。其主要应用范围如下： 1）含水化合物 对于含吸附水、结晶水或者结构水的物质， 对于含吸附水、结晶水或者结构水的物质，在加热过程 中失水时，发生吸热作用，在差热曲线上形成吸热峰。 中失水时，发生吸热作用，在差热曲线上形成吸热峰。 2）高温下有气体放出的物质 一些化学物质，如碳酸盐、硫酸盐及硫化物等， 一些化学物质，如碳酸盐、硫酸盐及硫化物等，在加热 过程中由于CO 等气体的放出，而产生吸热效应， 过程中由于CO2、SO2等气体的放出，而产生吸热效应， 在差热曲线上表现为吸热峰。 在差热曲线上表现为吸热峰。不同类物质放出气体的温 度不同，差热曲线的形态也不同， 度不同，差热曲线的形态也不同，利用这种特征就可以 对不同类物质进行区分鉴定。 对不同类物质进行区分鉴定。
差热分析的应用
4）非晶态物质的重结晶 有些非晶态物质在加热过程中伴随有重结晶的现象发生， 有些非晶态物质在加热过程中伴随有重结晶的现象发生， 放出热量，在差热曲线上形成放热峰。此外，如果物质 放出热量，在差热曲线上形成放热峰。此外， 在加热过程中晶格结构被破坏， 在加热过程中晶格结构被破坏，变为非晶态物质后发生 晶格重构，则也形成放热峰。 晶格重构，则也形成放热峰。 5）晶型转变 有些物质在加热过程中由于晶型转变而吸收热量，在差 有些物质在加热过程中由于晶型转变而吸收热量， 热曲线上形成吸热峰。因而适合对金属或者合金、 热曲线上形成吸热峰。因而适合对金属或者合金、一些 无机矿物进行分析鉴定。 无机矿物进行分析鉴定。
• （3）借助标准物质，可以说明曲线的面积与 ）
图3 差热分析法测定相图 (a)测定的相图 (b)DTA曲线 (a)测定的相图 (b)DTA曲线
为差热分析法用于共混聚合物鉴定示例。 图5 为差热分析法用于共混聚合物鉴定示例。
依据共混物DTA曲线上的特征峰(熔融吸热峰) 依据共混物DTA曲线上的特征峰(熔融吸热峰)确定共混物由 DTA曲线上的特征峰 高压聚乙烯(HPPE) 低压聚乙烯(LPPE) 聚丙烯(PP) (HPPE)、 (LPPE)、 (PP)、 高压聚乙烯(HPPE)、低压聚乙烯(LPPE)、聚丙烯(PP)、聚 甲醛(POM) 尼龙6(Nylon 6)、尼龙66(Nylon 66)和聚四氟乙 (POM)、 甲醛(POM)、尼龙6(Nylon 6)、尼龙66(Nylon 66)和聚四氟乙 (PTFE)7种聚合物组成 种聚合物组成。 烯(PTFE)7种聚合物组成。
差热分析法
07103102——王晓龙
(Differential Thermal Analysis，DTA) 差热分析是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参 比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物 理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降 低。降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。
应用
• （1）定性分析：定性表征和鉴别物质 ）定性分析：
• 依据：峰温、形状和峰数目 依据：峰温、 • 方法：将实测样品 方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准 曲线与各种化合物的标准 参考） 曲线对照。 （参考）DTA曲线对照。 曲线对照 • 标准卡片有：萨特勒 标准卡片有：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡片 研究室出版的卡片 张和麦肯齐(Mackenzie)制作的卡片 制作的卡片1662张 约2000张和麦肯齐 张和麦肯齐 制作的卡片 张 (分为矿物、无机物与有机物三部分 。 分为矿物、 分为矿物 无机物与有机物三部分)。
典型的DTA曲线 曲线 典型的
• 图中基线相当于 ∆T=0，样品无热效 ， 应发生，向上和向下 应发生， 的峰反映了样品的放 吸热过程。 热、吸热过程。
典型的DTA DTA曲线 图2 典型的DTA曲线
二、差热曲线分析与应用 • 依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的 依据差热分析曲线特征， 个数、形状及相应的温度等， 个数、形状及相应的温度等，可定性分析物质的 物理或化学变化过程， 物理或化学变化过程，还可依据峰面积半定量地 测定反应热。 测定反应热。 表2 差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因