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熱分析檢測
熱分析檢測
熱分析是測量材料熱力學(xué)參數(shù)或者物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系,并對這種關(guān)系進(jìn)行分析的一種技術(shù)方法。所謂熱分析,指通過控制樣品溫度的改變,來分析其相應(yīng)物理化學(xué)性質(zhì)的改變。
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  項(xiàng)目簡介

  熱分析是測量材料熱力學(xué)參數(shù)或者物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系,并對這種關(guān)系進(jìn)行分析的一種技術(shù)方法。所謂熱分析,指通過控制樣品溫度的改變,來分析其相應(yīng)物理化學(xué)性質(zhì)的改變。

  常見項(xiàng)目

  熱重分析測試(TG):使樣品處于一定的溫度程序(升/降 /恒溫)控制下,觀察樣品的質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的變化過程,獲取失重比例、失重溫度(起始點(diǎn), 峰值,終止點(diǎn)...)、以及分解殘留量等相關(guān)信息。TG 方法廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的 研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控??梢詼y定材料在不同氣氛下的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性,可對分解、 吸附、解吸附、氧化、還原等物化過程進(jìn)行分析,包括利用 TG 測試結(jié)果進(jìn)一步作表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 研究??蓪ξ镔|(zhì)進(jìn)行成分的定量計(jì)算,測定水分、揮發(fā)成分及各種添加劑與填充劑的含量。

  差示掃描量熱法(DSC):使樣品處于一定的溫度程序(升/降/恒溫)控制下,觀察樣品端和參比端的熱流功率差隨溫度或時(shí)間的變化過程,以此獲取樣品在溫度程序過程中的吸熱、放熱、比熱變化等相關(guān)熱效應(yīng)信息,計(jì)算熱效應(yīng)的吸放熱量(熱焓)與特征溫度(起始點(diǎn),峰值,終止點(diǎn)...)。DSC 方法廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑、醫(yī)藥、食品、生物有機(jī)體、無機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各類領(lǐng)域,可以研究材料的熔融與結(jié)晶過程、玻璃化轉(zhuǎn)變、相轉(zhuǎn)變、液晶轉(zhuǎn)變、固化、氧化穩(wěn)定性、反應(yīng)溫度與反應(yīng)熱焓,測定物質(zhì)的比熱、純度,研究混合物各組分的相容性,計(jì)算結(jié)晶度、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。

  同步熱分析測試(TG-DSC):將熱重分析 TG 與差示掃描量熱 DSC結(jié)合為一體,在同一次測量中利用同一樣品可同步得到質(zhì)量變化與吸放熱相關(guān)信息。

  熱重-差熱分析(TG-DTA):DTA是差熱分析法(Differential Thermal Analysis)的簡稱。是以某種在一定實(shí)驗(yàn)溫度下不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)和物理變化的穩(wěn)定物質(zhì)(參比物)與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較,未知物的任何化學(xué)和物理上的變化,與和它處于同一環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)物的溫度相比較,都要出現(xiàn)暫時(shí)的增高或降低。TG-DTA是將熱重分析 TG 與差熱分析 DTA結(jié)合為一體,在同一次測量中利用同一樣品可同步得到質(zhì)量變化與吸放熱相關(guān)信息。

  結(jié)果展示

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  1、TG數(shù)據(jù):原始txt或excel格式中橫坐標(biāo)溫度(℃)或時(shí)間(min);縱坐標(biāo)質(zhì)量或失重百分比(%);圖片/PDF格式默認(rèn)導(dǎo)出橫坐標(biāo)為溫度的譜圖(注意:通常儀器存在1-2%的理論誤差;對于不失重和100%失重的樣品,曲線會(huì)存在一定波動(dòng),可通過后期處理數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑)

  2、DTG數(shù)據(jù):即TG數(shù)據(jù)的一階微分;縱坐標(biāo)TG的微分結(jié)果(單位1/min、1/℃或者%/min、%/℃,可相互轉(zhuǎn)換,其中1和%之間換算除以100,/min和/℃換算除以升溫速率);DTG的峰對應(yīng)TG曲線的失重臺(tái)階,峰值溫度代表失重速率最大的溫度;

  3、DSC數(shù)據(jù),單位mW/mg,圖中標(biāo)注有吸熱或放熱方向的圖示(“?放熱”“^exo”“exo up”表示向上為放熱),圖中可標(biāo)注吸放熱峰起始溫度、峰值溫度及積分面積,即焓變,單位J/g;(注意:積分區(qū)間大小影響積分面積結(jié)果,可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,如果覺得不合適,請?zhí)峁┚唧w溫度區(qū)間,我們可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整)

  常見問題

  1. TG曲線中DTG曲線的含義?

  DTG為TG的一次微分曲線, 不少物質(zhì)失重過程相對應(yīng)溫度范圍相當(dāng)寬,這給利用TG法鑒別未知化合物帶來困難,特別當(dāng)兩個(gè)化合物的分解溫度范圍比較接近時(shí)尤其如此。采用微商熱重法可以解決這一問題。DTG的曲線表示質(zhì)量隨時(shí)間的變化率(dm/dt)與溫度(或時(shí)間)的函數(shù)關(guān)系:dm / dt = f ( T ) 或f ( t ),DTG曲線的峰頂為d2m/dt2=0,對應(yīng)于TG曲線的拐點(diǎn),即失重速率的最大值;DTG曲線上的峰數(shù)對應(yīng)于TG曲線上的臺(tái)階數(shù),即失重的次數(shù);DTG曲線的峰面積正比于失重量,可用于計(jì)算失重量。新型的熱重分析儀都配有質(zhì)量微分單元,可直接記錄DTG曲線;

  2. 升溫速率過快對數(shù)據(jù)有什么影響?

  升溫過快,反應(yīng)來不及發(fā)生,會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)/相變溫度滯后,反應(yīng)向高溫區(qū)移動(dòng),同時(shí)反應(yīng)溫度區(qū)間變寬;如果是多個(gè)反應(yīng)/相變,TG的失重臺(tái)階以及DSC的吸放熱峰會(huì)重疊,也就是譜圖分辨率降低;

  3. 熱分析測試中幾種坩堝的區(qū)別?

  Al2O3坩堝:對絕大多數(shù)樣品比較穩(wěn)定,不與樣品發(fā)生反應(yīng),且在室溫到1650℃范圍內(nèi),Al2O3坩堝沒有熱反應(yīng),Al2O3坩堝的熔點(diǎn)超過1700℃,可以重復(fù)使用,但清洗過程稍微麻煩。

  Al坩堝:只能進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn),溫度不能超過600℃,因?yàn)殇X坩堝的熔點(diǎn)為600℃。鋁坩堝的熱傳導(dǎo)很好,坩堝臂及底部均較薄,所以測試的同步DSC 信號較好。

  Pt坩堝:具有很好的導(dǎo)熱性能,與Al2O3坩堝相比,可以獲得較好的同步DSC測試結(jié)果。但是需要注意的是鉑有可能成為某些樣品的催化劑,所以使用前要仔細(xì)分析。鉑金坩堝的熔點(diǎn)在1770℃。進(jìn)行高溫測試時(shí),鉑金坩堝可能與某些金屬及化合物形成共熔點(diǎn),坩堝的熔點(diǎn)降低,導(dǎo)致坩堝粘在傳感器上。

  4. 樣品有失重,是否可以測試DSC?

  樣品有分解或揮發(fā),最好不要測試單獨(dú)的DSC,會(huì)污染設(shè)備。

  備注:不含鹵素、氰基、異氰酸酯等的有機(jī)物,失重5%以內(nèi)可以進(jìn)行測試,失重原因是小分子比較多造成,但是失重更高就需要注意了,除了使用微量樣品、加大掃氣、加快升溫速率,最好先在熱臺(tái)上觀察一下,如果有明顯發(fā)泡膨脹、冒煙發(fā)黑就不能升到這么高溫度;如果有條件的話,用密封鋁坩堝做,注意材料體系揮發(fā)物的性質(zhì),避免有反應(yīng)的溶劑引入。(自行查找,供參考)

  5. DSC峰不對稱是什么原因造成的?

  一般說來影響DSC分析的幾個(gè)主要因素:樣品量、升溫速度、氣氛都會(huì)對峰形產(chǎn)生影響的,僅拿升溫速度來說:隨著升溫速度的增加,一般峰的起始溫度變化不大,而峰頂和峰結(jié)束溫度提高,峰形變寬,這樣就會(huì)導(dǎo)致峰形的不對稱或規(guī)整了;

  6. 單獨(dú)DSC測試的樣品有什么要求,溫度怎么選擇?

  若想做單獨(dú)DSC,要保證樣品不能分解,是密封坩堝,測試溫度要低于分解溫度(可通過TG數(shù)據(jù)判斷),這樣才能保證樣品的測試結(jié)果和數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。

  7. 樣品發(fā)生相變,但DSC數(shù)據(jù)中沒有峰是什么原因呢?

  (1)樣品量少,沒有達(dá)到儀器的檢測靈敏度;

  (2)樣品本身有比熱變化(或其他反應(yīng)),比熱變化引起的熱流變化大于相變引起的熱流變化;

  (3)儀器或者基線的問題;

  8. DSC測試過程中,基線不平可能是什么因素影響的?

  (1)樣品本身熱量的變化;

  (2)反應(yīng)持續(xù)吸熱或者放熱,但是吸放熱的量很少,導(dǎo)致沒有明顯的峰,宏觀上就是基線不平;

  (3)TG-DSC中DSC基線不平的情況會(huì)比單獨(dú)DSC要多;

  9. 如何通過DSC測試得到固液相線?

  把合金制備成兩組分不同比例的一個(gè)系列的合金樣品,然后測定差熱分析(DTA)或差示掃描量熱器(DSC)譜圖。

  如合金兩組份A、B的體積分?jǐn)?shù)分別為0,0.2,0.4,0.7,0.8,0.9,1.0,二元合金樣品在DSC譜儀上以8度/min溫速升溫,測定DSC譜。由譜知,應(yīng)該只有含A0%和100%的兩個(gè)純組分樣品呈現(xiàn)單一的熔融峰。其它合金樣品均為兩個(gè)熔融峰。

  把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)注在橫標(biāo)是兩組份比、縱標(biāo)是溫度的相圖中;最后把數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成相線,從而繪制成相圖(虛線)展示在附圖右圖?!癓”表示液相,“α”“β”表示固相的α相、β相。實(shí)線展示的是理論相線。

  10.TG-DSC測試的初始溫度可否是20℃或者25℃?

  熱分析初始溫度默認(rèn)就是室溫,和當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度相關(guān);冬季可以達(dá)到20-25℃,夏季一般開空調(diào)維持25-30℃左右;

  11. TG-DSC曲線上放熱和吸熱怎么看?

  通常數(shù)據(jù)中會(huì)有圖標(biāo),如↑放熱、↑吸熱、^exo、exo up等,通過標(biāo)識確認(rèn);

  12. 升溫速率過快對數(shù)據(jù)有什么影響?

  升溫過快,反應(yīng)來不及發(fā)生,會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)/相變溫度滯后,反應(yīng)向高溫區(qū)移動(dòng),同時(shí)反應(yīng)溫度區(qū)間變寬;如果是多個(gè)反應(yīng)/相變,TG的失重臺(tái)階以及DSC的吸放熱峰會(huì)重疊,也就是譜圖分辨率降低;

  13. DTA和DSC的主要區(qū)別是什么?

  針對聚合物:

  DTA:定性測定Tg、Tm等,測定熱穩(wěn)定性、耐熱性、檢測氧化反應(yīng)、聚合反應(yīng)等其它;

  DSC:定量測定熱化學(xué)測量△Hm、△He、比熱、動(dòng)力學(xué)、分解、結(jié)晶△H聚合反應(yīng)。

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