第5章 热分析80895ppt课件
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热分析ppt幻灯片课件(2024)
2024/1/28
26
化学反应动力学研究
01
反应速率常数测定
通过热分析技术，可以测定化学 反应的速率常数，了解反应在不 同温度下的速率变化。
02
反应活化能计算
03
反应机理研究
利用热分析数据，可以计算化学 反应的活化能，揭示反应发生的 难易程度。
结合热分析结果，可以推测化学 反应的可能机理，为深入理解反 应过程提供依据。
2024/1/28
拟合函数选择
根据数据特点选择合适的拟合函数，如多项式、指数、对数等。
拟合参数求解
利用最小二乘法等数学方法求解拟合参数，使拟合曲线与实际数据 最佳匹配。
拟合优度评估
通过计算相关系数、残差平方和等指标评估拟合效果。
19
结果解析与讨论
峰归属与物质鉴定
根据峰位、峰形等信息推断物质种类及结构 。
28
07
热分析在其他领域的 应用
2024/1/28
29
地质学领域应用
矿物鉴定
通过热分析技术可以鉴定矿物的种类和成分，为地质学研究提供重 要依据。
岩石学研究
利用热分析技术对岩石进行加热和冷却过程中的物理和化学变化研 究，有助于了解岩石的形成和演化过程。
地球化学研究
热分析技术可用于研究地球内部物质的热性质和热反应，揭示地球内 部物质循环和能量传递的机制。
2024/1/28
30
生物学领域应用
2024/1/28
生物大分子研究
通过热分析技术可以研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的热稳 定性和热变性行为，了解生物大分子的结构和功能关系。
生物组织研究
利用热分析技术对生物组织进行加热过程中的物理和化学变化研究 ，有助于了解生物组织的结构和功能特性。
热分析PPT课件
7
热分析组织：
国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA
热分析发行的刊物：
热分析文摘（Thermal Analysis Abstract）TAA，双月刊，1972 热分析杂志（Journal of thermal Analysis，双月刊，1969 热化学学报（thermachemical Acta）,每年四卷，1974 量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal Analysis）日文,季刊,1974
DSC
TG
DTA
TMA
复合分析
10 印刷
加热 物质 冷却
热分析
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生 热传导
其他
DTA DSC TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析） DMA （动态机械分析） EGA （逸出气分析）
11
仪器的基本构造
•
支持器 — 盛放样品
•
加热炉 — 加热样品
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完 全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中物理性质 （目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性质及其变化，或 者对物质进行分析鉴别的一种技术。
·····
·热分析 ·
thermal analysis
13
国产ZRY-1型综合热分析仪
程序控温系统
记录仪
14
TGA7热重仪
• DSC7差示扫描仪
热分析组织：
国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA
热分析发行的刊物：
热分析文摘（Thermal Analysis Abstract）TAA，双月刊，1972 热分析杂志（Journal of thermal Analysis，双月刊，1969 热化学学报（thermachemical Acta）,每年四卷，1974 量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal Analysis）日文,季刊,1974
DSC
TG
DTA
TMA
复合分析
10 印刷
加热 物质 冷却
热分析
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生 热传导
其他
DTA DSC TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析） DMA （动态机械分析） EGA （逸出气分析）
11
仪器的基本构造
•
支持器 — 盛放样品
•
加热炉 — 加热样品
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完 全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中物理性质 （目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性质及其变化，或 者对物质进行分析鉴别的一种技术。
·····
·热分析 ·
thermal analysis
13
国产ZRY-1型综合热分析仪
程序控温系统
记录仪
14
TGA7热重仪
• DSC7差示扫描仪
热分析技术PPT课件
从熔融热焓法得到的结晶度定义为
c
Ha H H a Hc
9/18/2019
20
热重（TG）
在程序控温下测量试样质量对温度 的变化。
9/18/2019
21
TG仪器
热重分析仪的基本部件是热天平。根据结 构的不同，热天平可分为水平型、托盘型 和吊盘型三种。
9/18/2019
22
9/18/2019
9/18/2019
2
热分析技术
热分析（Thermal Analysis, TA）是指在程序控 温下测量物质的物化性质与温度关系的一类技术。
根据所测物性的不同，广义的热分析方法可分为9 类17种，但狭义的热分析技术只限于差热分析 （Differential thermal analysis, DTA）、差示扫 描量热（Differential scanning calorimetry, DSC）、热重分析（Thermogravimetry, TG）、 热机械分析（Thermomechanical analysis, TMA） 和动态热机械分析（Dynamic mechanical analysis, DMA）等。
9/18/2019
E'(elastic）
E（" viscous） 48
动态模量
E’ 为弹性模量，又称为储能模量，代表材 料的弹性； E” 为黏性模量，又称为损耗模量，代表材 料的黏性。 损耗模量对储能模量的比值称为损耗因子 或损耗角正切，即
tan E"/ E' DMA测试通常记录的是动态（储能、损耗） 模量对温度、频率等的变化。
9/18/2019
31
2019/9/18
热分析PPT课件下载
04
差示扫描量热法
差示扫描量热法基本原理
差示扫描量热法（DSC）是一种热分析方法，用于测量样品与参比物之间的功率差随温度或时间的变 化。
DSC基本原理是，在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关 系。
DSC曲线可以反映样品在加热或冷却过程中的吸热或放热行为，从而得到样品的热性能参数，如熔点、 玻璃化转变温度等。
热分析PPT课件下载
目 录
• 热分析概述 • 热重分析法 • 差热分析法 • 差示扫描量热法 • 热机械分析法 • 热分析实验技术与方法
01
热分析概述
热分析定义与原理
热分析定义
热分析是一种研究物质在加热或冷却 过程中物理和化学性质变化的技术。
热分析原理
通过测量物质在温度变化过程中的各 种热力学参数（如热容、热导率、热 膨胀系数等）和化学反应参数（如反 应热、反应速率等），来研究物质的 组成、结构和性质。
热机械分析（TMA）
测量物质在温度变化过程中的尺寸变 化，用于研究物质的热膨胀系数和机 械性能等。
02
热重分析法
热重分析法基本原理
热重分析法定义
01
通过测量物质在程序升温过程中的质量变化，研究物质的热稳
定性和热分解等性质的一种技术。
热重分析仪构成
02
主要由加热系统、温度控制系统、天平测量系统和记录系统组
根据实验需要选择合适的气氛，如空气、氧气、氮气等。
数据处理与结果分析方法
数据采集
使用专业的热分析软件对实验数据进行采集和记录。
数据处理
对采集到的实验数据进行平滑、去噪、基线校正等处理，以获得更 准确的实验结果。
结果分析
根据实验目的和数据处理结果，对样品的热性质进行分析和解释，如 热稳定性、热分解温度、热焓等。
热分析ppt课件
29
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
30
1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
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1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
热分析方法ppt课件
判定某项技术是否属于热分析技术应该具
备以下三个条件：
1 ）测量的参数必须是一种“物理性质”，
包括质量、温度、热焓变化、尺寸、机械特
性、声学特性、电学及磁学特性等。
2 ）测量参数必须直接或者间接表示成温度
的函数关系。
3）测量必须在程序控制的温度下进行.
热分析技术的分类
热分析方法的种类是多种多样 的，根据ICTA的归纳和分类，目前 的热分析方法共分为9类17种。
热分析的应用类型
4、材料质量测定：如纯度测定、物 质的玻璃化转变和居里点、材料的 使用寿命测定。 5、材料的力学性质测定：抗冲击性 能、粘弹性、弹性模量、损耗指数 和剪切模量等的测定。 6、环境监测：研究蒸汽压、沸点、 易燃性等。
热分析技术在药学领域中的应用
一、热分析技术在中药材鉴别中的应用 1、动物药材的鉴别
2、植物药材的鉴别
植物药材（菊花、丹参、白术、白芷、
黄芪、玄参、甘草、板兰根、薏仁、杜仲、
银杏等）的鉴别，通常需要一定的溶剂提取
等较复杂的化学前处理，且操作烦琐。同时
也仅能检测药材中某一类成分，故难于反映
药材的总体理化性质，对植物药材鉴别的专
属性、准确性也不够高，故鉴别较为困难。 应用 TA 技术对其鉴别，往往能取得较满意 的效果。 2018/10/30
应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、陶瓷、建材、 生物化学、药学、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、 考古、食品等。
热分析的应用类型
1 、成份分析：无机物、有机物、药 物和高聚物的鉴别和分析以及它们的 相图研究。 2 、稳定性测定：物质的热稳定性、 抗氧化性能的测定等。 3、化学反应的研究：比如固 - 气反应 研究、催化性能测定、反应动力学研 究、反应热测定、相变和结晶过程研 究。
热分析PPT课件
热力学基础知识
热力学系统
研究对象，与周围环境有能量和 物质交换的体系
状态函数
描述系统状态的物理量，如温度、 压力、体积等
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用， 表达式为ΔU=Q+W
热力学第二定律
热量不可能自发地从低温物体传 到高温物体，表达为ΔS≥0
热分析方法分类与特点
差热分析（DTA）
在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温 度变化的技术
06
热分析技术在材料科学中应用
材料性能表征与评估
热重分析（TGA）
通过测量材料在升温过程中的质量变化，研究其热稳定性、分解温 度、氧化稳定性等。
差热分析（DTA）
记录样品与参比物之间的温度差随温度变化的曲线，用于研究材料 的热效应、相变、反应动力学等。
差示扫描量热法（DSC）
测量样品与参比物之间的功率差随温度变化的曲线，用于研究材料 的熔点、结晶度、玻璃化转变温度等。
材料相变过程研究
01
相变温度的确定
通过热分析方法确定材料的固固相变、固-液相变、液-气相变 等相变温度。
02
相变动力学研究
03
相变机理探讨
研究材料在相变过程中的动力学 行为，如相变速率、相变活化能 等。
结合热分析数据与其他表征手段， 探讨材料相变的机理和影响因素。
材料老化、失效预测和寿命评估
热氧化稳定性评估
数据处理
将实验数据导入计算机，利用相关软件进行数据处理和 分析，如绘制热机械曲线、计算热膨胀系数等。
应用实例及优缺点分析
应用实例
研究材料的热稳定性、热膨胀性、相变等。
优点
可测量物质在宽温度范围内的热机械性能，提供丰富 的信息；实验操作简单，结果可靠。
热分析技术PPT课件
终止温度Tf：曲 线开始回到基线 的温度；
峰顶温度Tp：吸、 放热峰的峰形顶 部的温度，该点 瞬间
d（ΔT）/dt=0；
峰宽—— B′D′；
峰高—— CF；
峰面积——BCDB； 外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与
基线延长线的交点(G)，对应温度最为接近 热力学平衡温度。
3、DTA数据的记录方式
理想
实际
K[Al3(OH)6](SO4)2 热重曲线
• 结晶硫酸铜的热分析
实验条件为试样质量为10.8mg，升温 速率为10℃/min，采用静态空气，在
mo=10.8mg。曲线bc为第一台
铝坩埚中进行
阶，质量损失率为：
曲线de 为第二台阶，质量损失 率为：
曲线fg为第三台阶，质量损失率:
推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
4、影响TG曲线的主要因素
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结 果的准确可靠性和重复性。为了要得到准确性和复 现性好的热重测定曲线，就必须对能影响其测定结 果的各种因素仔细分析。
① 升温速度： ② 试样周围气氛：C02、空气中或N2气氛 ③ 坩埚和支架的影响： ④ 试样因素：试样量、粒度大小 ⑤ 走纸速度：
据。 ⑩ 标明试样重量和试样稀释程度。 ⑪ 标明所用仪器的型号、商品名称及热电偶的几何
形状、材料和位置。 ⑫ 纵坐标刻度用测定温度下每度的偏移表示，吸热
峰指向下方，放热峰指向上方。
2023/9/13
4、DTA曲线的影响因素
① 升温速率不同，得到的峰的形状会有些差异，升温速率不 稳，则会造成基线偏移、弯曲、甚至造成假峰。
(Differential Scanning Calorimetry)
3、 热分析应用范围
峰顶温度Tp：吸、 放热峰的峰形顶 部的温度，该点 瞬间
d（ΔT）/dt=0；
峰宽—— B′D′；
峰高—— CF；
峰面积——BCDB； 外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与
基线延长线的交点(G)，对应温度最为接近 热力学平衡温度。
3、DTA数据的记录方式
理想
实际
K[Al3(OH)6](SO4)2 热重曲线
• 结晶硫酸铜的热分析
实验条件为试样质量为10.8mg，升温 速率为10℃/min，采用静态空气，在
mo=10.8mg。曲线bc为第一台
铝坩埚中进行
阶，质量损失率为：
曲线de 为第二台阶，质量损失 率为：
曲线fg为第三台阶，质量损失率:
推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
4、影响TG曲线的主要因素
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结 果的准确可靠性和重复性。为了要得到准确性和复 现性好的热重测定曲线，就必须对能影响其测定结 果的各种因素仔细分析。
① 升温速度： ② 试样周围气氛：C02、空气中或N2气氛 ③ 坩埚和支架的影响： ④ 试样因素：试样量、粒度大小 ⑤ 走纸速度：
据。 ⑩ 标明试样重量和试样稀释程度。 ⑪ 标明所用仪器的型号、商品名称及热电偶的几何
形状、材料和位置。 ⑫ 纵坐标刻度用测定温度下每度的偏移表示，吸热
峰指向下方，放热峰指向上方。
2023/9/13
4、DTA曲线的影响因素
① 升温速率不同，得到的峰的形状会有些差异，升温速率不 稳，则会造成基线偏移、弯曲、甚至造成假峰。
(Differential Scanning Calorimetry)
3、 热分析应用范围
热分析法--课件
用于差热分析的装置称为差热分析仪。
差热分析仪结构
1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电 偶；6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品 热电偶；10-放大器；11-x-y记录仪
STA 449 C型综合热分析仪
DIL 402PC型热膨胀仪
TAS-100型热分析仪
理研究；
新化合物的发现。
失重量的计算
热失重有关的几个名词：热天平；试样；试样 支持器；平台；起始温度（Ti）；终止温度 （Tf）；反应区间Ti~Tf。
实验条件：质量mg；扫描速率（升温速率） ℃/min；温度范围（℃或K）；气氛等。
以草酸钙脱水失重为例
三个脱水失重区间失重率的计算如下： ΔW1%=（W0-W1）100%/W0 ΔW2%=（W1-W2）100%/W0 ΔW3%=（W2-W3）100%/W0 ΔW%=（W0-W1）100%/W0 总 （失 W0重-W率3）1Δ0W0%=Δ/WW01+ΔW2+ΔW3也可用ΔW%= 残渣：100%-ΔW%=W渣%
气氛； 记录纸速：不同的纸速使DTA峰形不同； 升温速率：影响峰形与峰位；
样品用量：过多则会影响热效应温度的准确测量， 妨碍两相邻热效应峰的分离等。
§15.2 差示扫描量热法
一、基本原理与差示扫描量热仪 差示扫描量热法(DSC)：在程序控制温度条件下，
测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的 一种热分析方法。 DSC有功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示 扫描量热法两种类型。
依据共混物DTA曲线上的特征峰(熔融吸热峰)确定共混物由高 压聚乙烯(HPPE)、低压聚乙烯(LPPE)、聚丙烯(PP)、聚次甲 氧基(POM)、尼龙6(Nylon 6)、尼龙66(Nylon 66)和聚四氟 乙烯(PTFE)7种聚合物组成。
差热分析仪结构
1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电 偶；6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品 热电偶；10-放大器；11-x-y记录仪
STA 449 C型综合热分析仪
DIL 402PC型热膨胀仪
TAS-100型热分析仪
理研究；
新化合物的发现。
失重量的计算
热失重有关的几个名词：热天平；试样；试样 支持器；平台；起始温度（Ti）；终止温度 （Tf）；反应区间Ti~Tf。
实验条件：质量mg；扫描速率（升温速率） ℃/min；温度范围（℃或K）；气氛等。
以草酸钙脱水失重为例
三个脱水失重区间失重率的计算如下： ΔW1%=（W0-W1）100%/W0 ΔW2%=（W1-W2）100%/W0 ΔW3%=（W2-W3）100%/W0 ΔW%=（W0-W1）100%/W0 总 （失 W0重-W率3）1Δ0W0%=Δ/WW01+ΔW2+ΔW3也可用ΔW%= 残渣：100%-ΔW%=W渣%
气氛； 记录纸速：不同的纸速使DTA峰形不同； 升温速率：影响峰形与峰位；
样品用量：过多则会影响热效应温度的准确测量， 妨碍两相邻热效应峰的分离等。
§15.2 差示扫描量热法
一、基本原理与差示扫描量热仪 差示扫描量热法(DSC)：在程序控制温度条件下，
测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的 一种热分析方法。 DSC有功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示 扫描量热法两种类型。
依据共混物DTA曲线上的特征峰(熔融吸热峰)确定共混物由高 压聚乙烯(HPPE)、低压聚乙烯(LPPE)、聚丙烯(PP)、聚次甲 氧基(POM)、尼龙6(Nylon 6)、尼龙66(Nylon 66)和聚四氟 乙烯(PTFE)7种聚合物组成。
材料研究方法-第五章热分析PPT课件
9
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
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二战以后 40年代末商业化电子管式差热分析仪问世。
1964年提出“差示扫描量热”的概念。
热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析
方法。
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热分析技术的分类
差热分析 示差扫描量热分析 热重分析 逸出气体分析 热膨胀仪 热－力法 热－光法 电磁热分析 放射热分析等
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热分析技术分类
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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。
DTA曲线：纵坐标代表温度差ΔT，吸热过程显示 一根向下的峰，放热过程显示一根向上的峰。横
坐标代表时间或温度，从左到右表示增加。
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DTA曲线
基线、峰、峰宽、峰高、峰面积。
基线：△T近似等于0的阶段。
峰：指曲线离开基线又回到
基线的部分，包括放热
峰和吸热峰。
峰宽：峰的温度间距。
峰高：表示试样与参比物之
间的最大温差，峰顶到
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基线的垂直距离。
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差热反应起始温度的确定
外延始点温度：指峰的起始边陡峭部分的切线与外沿基 线的交点。
国际热分析协 会（ICTA） 采用外延起始 温度表示反应 的起始温度。
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热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。
——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高
聚物的表征及结构性能精品等课件。
——气氛会影响差热曲线形态，一般采用动态气氛 。
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5.2.3 DTA曲线的解析
（1）含水矿物的脱水
——普通吸附水脱水温度：100－110℃ 。
——层间结合水或胶体水：400 ℃内，大多数200 或300 ℃内。
——架状结构水：400 ℃左右。
——结晶水：500 ℃内，分阶段脱水。
——结构水：450 ℃以上。
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与其它技术的联用性
热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况， 解释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热 分析曲线尤其困难。目前，解释曲线最现实的办法就 是把热分析与其它仪器串接或间歇联用，常用气相色 谱仪、质谱仪、红外光谱仪、X光衍射仪等对逸出气 体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线 的分析，从而推断出反应机理。
将两个反极性的热电偶串联起来，就构成了用 于测定两个热源间温度差的温差热电偶。
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差热分析原理图
将差热电偶的一个热端插 在被测试样中，另一个热 端插在待测温度区间内不 发生热效应的参比物中， 试样和参比物同时升温， 测定升温过程中两者的温 度差。
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➢ 差热分析曲线
温差
温度 精品课件
——试样用量多，热效应大，峰顶温度滞后，容 易掩盖邻近小峰谷。
——以少为原则。
——硅酸盐试样用量：0.2－0.3克
（4）试样的装填
——装填要求：薄而均匀
——试样和参比物的装填情况一致
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（5）参比物 ——整个测温范围无热反应 ——比热与导热性与试样相近 ——粒度与试样相近（100－300目筛） 常用的参比物：α－Al2O3 （经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型 ）
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典型的DTA曲线
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5.2.2 影响DTA曲线的因素
1、仪器方面的因素
——炉子尺寸
均温区与温度梯度的控制
——坩埚材料和形状
热传导性控制
——差热电偶性能
材质、尺寸、形状、灵敏度选择
——热电偶与试样相对位置
热电偶热端应置于试样中心
——记录系统精度
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2、试样因素
（1）热容量和热导率的变化 应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物
第五章 热分析
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第一节 热分析概述
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一、热分析技术及分类 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性
质随温度变化的一类技术。
程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、 机械、声学、电学及磁学性质等。
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热分析历史
1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂 和生石灰受热重量变化。 1915年日本的本多光太郎提出“热天平” 概念。
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
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（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
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（3）试样的用量
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1. 差热分析仪
由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及 放大、记录系统等部分组成。
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1、加热炉 2、试样 3、参比物 4、测温元件 5、温差热电偶 6、测温元件 7、温控元件
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差热分析仪
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2、差热分析曲线
国际热分析协会ICTA
（International Confederation for Thermal Analysis ）
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（2）矿物分解放出气体
——吸热峰（CO2、SO2等气体的放出） （3）氧化反应
——放热峰
（4）非晶态物质的析晶
——放热峰
（5）晶型转变
——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
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第三节 差示扫描量热分析法(DSC)
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第二节 差热分析(DTA)
Differential Thermal Analysis
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差热分析
——是在程序控制温度下测定物质和参比物之间 的温度差和温度关系的一种技术。
参比物： 在测定条件下不产生任何热效应 的惰性物质
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5.2.1 差热分析原理
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➢ 热电偶与差热电偶
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3、影响DTA曲线的操作因素 （1）加热速度
加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。
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升温速度对硫酸钙相邻峰谷的影响
合适
过快
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（2）压力和气氛
——对体积变化大试样，外界压力增大，热反应温 度向高温方向移动。