第五章 热分析

1. 何谓热分析？简述热分析的三个条件。

答：在程序温度控制下测量物质的物理性质与温度关系的一类方法的统称。

三个条件：a.必须是测量物质的某种物理性质

b.测量的物理量必须直接或间接的与温度之间有某种依赖关系

c.必须在程控温度下测定

2. 简述热重分析（TG）分析的定义、原理和影响因素。

定义：是一种在程控温度下的测量物质质量随温度变化的热分析技术

原理：许多物质在加热过程中会在特定温度下发生分解，脱水，氧化，还原和升华等物理变化而出现质量变化，其质量变化的温度T和质量变化百分数%随物质的结构和组成而异。

影响因数：1.分析仪器因数：a.加热炉内的气体的浮力和对流作用 b.坩埚和支架的影响

2.实验条件和实验参数：a.升温速度 b.实验气氛 c.试样用量 d.试样粒度

3. DTG（微分热重分析）曲线中的峰是何物理含义，峰的积分面积与质量变化是何种关系？

峰的物理含义：DTG曲线上的峰表示质量变化速率最大点，作为质量变化/分解过程的特征温度，代替TG曲线上的阶梯。

关系：峰面积正比于试样质量。

4. TG-DTG综合分析有何优势和注意事项？

1.同时获得TG和DTG两条曲线;

2.DTG曲线可准确显示出起始反应温度，到达最大反应速率温度和反应终止温度;

3.当TG曲线不能清楚显示某些受热过程中出现的台阶时，可采用DTG曲线使其清楚显示，但需将TG曲线和DTG曲线重叠，并分析各个反应阶段的起始温度、最大反应速度温度和终止温度;

4.利用DTG曲线峰面积与样品质量之间的依赖关系，可开展热过程中质量变化的定量分析;

5.DTG能精确显示微小质量变化的起点;

6.不能将DTG曲线的峰顶温度当成分解温度，DTG的峰顶温度表示在这个温度下质量变化速率最大，绝对不是样品开始分解和质量损失的温度.

5. 何谓DTA（差热分析）分析？DTA分析的基本原理是什么？

答：一种在程控温度下测量试样温度Ts和参比物温度Ty的温度差与温度之间依赖关系的热分析方法。△T=Ts-Ty=f(T或t) T—程控温度 t—时间

基本原理：物质在加热过程中的某一特定温度下发生的失水、分解、相变、氧化还原、升华、熔融。晶格破坏和重建、以及物质间的相互作用等一系列物理、化学变化，并伴有吸、放热现象。

将有热效应的试样和一个在一定温度范围内无任何热效应的参比物(如a -A12Q3)在相同条件下同时加热或冷却时，试样与参比物的温度差△T与温度T的关系会出现下列现象：

1．产生热效应

△T=正值，差热曲线出现放热峰

△T=负值，差热曲线出现吸热峰

2．试样没产生热效应

△T=0，差热曲线平直（基线）

6. DTA曲线的纵、横坐标标识的含义是什么？DTA曲线上吸热过程和放热过程的体现形式如何？DTA曲线上峰、谷面积与什么热学参量有关？

含义：横坐标为温度，纵坐标为试样与参比物的温度差(△T)

形式：曲线向上表示放热，向下表示吸热

关系：与试样热焓有关

7. 影响DTA分析和DSC（差示扫描量热）分析的主要因素有哪些？

DTA分析：

仪器因素的影响：加热方式、坩埚、炉子形状、尺寸，温度测量、样品支持器、热电偶

实验条件的影响：升温速率、气氛、压力

试样的影响：样品、样品密度、样品粒度、装填方式

DSC分析：

实验条件影响：升温速率、所通气体

试样性质影响：试样量、试样粒度、试样厚度、试样热历史

8. DTA分析和DSC分析有何区别？

DTA测定的是试样与参比物之间的温度差△T

DSC测定的是热流率dH/dt，定量方便

DTA优点：快速简便

缺点：重复性较差，分辨率不够高

DSC优点：热量定量方便、分辨率高、灵敏度好

缺点：非曲直使用温度低

DTA适用于矿物、冶金等领域

DSC适用于对温度要求不高、灵敏度要求高的有机、高分子及生物化学领域

9. 何谓DSC分析? DSC分析的基本原理是什么？

在程控温度下，测量输入到物质和参比物之间的能量差（或用温度差换算成能量差）与温度的关系

原理：将有物相变化的样品和在所测定温度范围内不发生相变且没有任何热效应产生的参比物，在相同的条件下进行等温加热或冷却，当样品发生相变时，在样品和参比物之间就产生一个温度差。放置于它们下面的一组差示热电偶即产生温差电势UΔT，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使样品和参比物之间温差趋于零，两者温度始终维持相同。此补偿热量即为样品的热效应，以电功率形式显示于记录仪上。

10. 功率补偿型DSC和热流型DSC的分析原理、试样要求和升温速率有何不同？

功率补偿型DSC

分析原理：整个仪器由两个控制系统进行监控，试祥和参比物分别由独立的加热器和传感器的检测。无论试样是吸热还是放热，均通过功率补偿使试样和参比物的温度保持相同，即处于动态零位平衡状态。

试样要求：两种独立、少量的试样

升温速率：可达500℃/min

热流型DSC

分析原理：△H = k△T将温差转变成热流信号

试样要求：单一大量的试样

升温速率：升温速率慢

11. 如何确定外推起始点温度？其物理意义是什么？

在峰的前沿最大斜率的切线与外推基线的交点，意义：反应的起始温度

12. DTA分析和DSC分析鉴定物相的依据是什么？

根据物质加热过程所产生的：①峰谷的吸、放热性质②峰值温度③峰谷数目④峰谷形态

分析放热峰和吸热谷产生原因，解析复杂的DTA(DSC)曲线通常需要与其它解分析测试结果进行综合分析。

13. 简述DSC分析技术的主要应用领域。

1. 物质鉴定

2. 热力学研究

3. 物质结构与物质性能关系研究

4. 反应动力学研究

14. 何谓同步热分析？简述TG-DTA、TG-DSC、TG-DTG-DTA和TG-DTG-DSC主要同步热分析方法的特点和优点。

同步热分析指在同一时间对同一样品使用两种或两种以上的热分析手段，如TG--DTA, TG-DSC，TG-DTG-DTA, TG-DTG-DSC等。

优点：

1.根据某一热效应是否对应质量变化，有助于判别该热效应所对应的物化过程（如区分熔融峰、结晶峰、相变峰与分解峰、氧化峰等)。

2.在反应温度处找到样品的当前实际质量，有利于反应热焓的准确计算。

3.广泛应用于陶瓷、玻璃、金属/合金、矿物、催化剂、含能材料、塑胶高分子、涂料、医药、食品等各种领域。

15. DTA与TG在综合热分析曲线DTA-TG上有怎样的对应关系？

从热重法派生出微商热重法(DTG)，即TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。实验可同时得到DTG线和TG线。DTG 曲线能精确地反映起始反应温度、达到最大反应速率的温度和反应终止的温度。在TG上，对应于整个变化过程中各阶段的变化互相衔接而不易区分开，同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值。故DTG能很好地显示出重叠反应，区分各个反应阶段，这是DTG的最可取之处。另外，DTG曲线峰的面积精确地对应着变化了的质量，因而DTG能精确地进行定最分析。

第五章 热分析