差動熱分析儀的分析結果

分析結果

差動熱簡介

也叫做示差掃描熱量法(Differential Scanning Calorimetry )，是在程序溫度下，測量物質與參比物的功率差值△W與溫度的函數關系。是和DTA在應用上相近而在原理上稍有改進的一種熱分析技術。

差動熱分析儀CDR-4P用于測定物質在熱反應時的特征溫度及吸熱或放出的熱量，包括物質相變、分解、化合、凝固、脫水、蒸發等物理或化學反應，廣泛應用于無機、硅酸鹽、陶瓷、礦物金屬、航天耐溫材料等領域。是無機、有機、特別是高分子聚合物、玻璃鋼等方面熱分析的重要儀器。可實現在同一臺熱分析儀上分別測量DTA和DSC。

DTA的工作原理

(圖1)是在程序溫度控制下恒速升溫(或降溫)時，連續測定試樣(S)同參比物(R:如α-氧化鋁)間的溫度差ΔT，從而以ΔT對T作圖得到熱譜圖曲線(見圖2)，進而通過對其分析處理獲取所需信息。

在進行DTA測試時，試樣和參比物分別放在兩個樣品池內，如圖1所示，加熱爐以一定的速率升溫，若試樣沒有熱反應，則它的溫度和和參比物溫度之間的溫差ΔT=0，差熱曲線為一條直線，稱為基線;若試樣在某溫度范圍內有吸熱(放熱)反應，則試樣溫度將停止(或加快)上升，試樣和參比物之間產生溫差ΔT，將該信號放大，由計算機進行數據采集處理后形成DTA峰形曲線，根據出峰的溫度及其面積的大小與形狀可以進行分析。

DSC的原理和DTA基本相似，其改進之處是在試樣和參比物下增加了兩組補償加熱絲，當試樣在加熱過程中由于熱反應而和參比試樣間出現溫差ΔT時，通過差熱放大和差動熱量補償使流入補償絲的電流發生變化。當試樣吸熱時，補償使試樣一邊的電流立刻增大，反之，在試樣放熱時使參比物一邊的電流增大，直到兩邊達到熱平衡，溫差ΔT消失為止。換句話說，試樣在熱反應時發生的熱量變化，由于及時輸入電功率而得到補償。

DSC和DTA相比，在試樣發生熱效應時DTA中試樣的實際溫度已經不是程序升溫時所控制的溫度(如試樣在放熱反應時會加速升溫)，而在DSC中試樣的熱量變化可及時得到補償，試樣和參比物的溫度始終保持一致，避免了參比物和試樣之間的熱傳遞，因而儀器的熱滯后現象小，出峰溫度更接近實際溫度，且反應更靈敏，分辨率更高。

DTA或者DSC分析

所選用的參比物應是在實驗溫度范圍內不發生物理變化及化學變化的物質，如α-Al2O3，石英粉和MgO等。當把試樣和參比物同置于加熱爐中等速升溫進行DTA測試時，若試樣不發生熱效應，在理想情況下，試樣的溫度和參比物的溫度相等，此時ΔT=0，在熱譜圖上應是一根水平基線。當試樣發生了物理或化學變化，吸入或放出熱量時，ΔT≠0，在熱譜圖上會出現吸熱或放熱峰，形成ΔT隨溫度變化的差熱曲線(熱譜圖)，在習慣上通常以溫度差ΔT作縱坐標，吸熱峰向下，放熱峰向上，溫度T作橫坐標，自左向右增加。在熱譜圖上，由峰的位置可確定發生熱效應的溫度，由峰的面積可確定熱效應的大小，由峰的形狀可了解有關過程的動力學特性。

DTA和DSC的相變

測定結晶溫度Tc、熔點Tm、結晶相轉變等物理變化，研究聚合物固化、交聯、氧化、分解等反應，測定聚合物玻璃化轉變溫度Tg，也可測定反應溫度或反應溫度區等反應動力學參數。如圖7-2中，聚合物的玻璃化轉變為一體積松弛過程，在Tg處，聚合物的比熱發生突然變化，故在熱譜圖上Tg處表現為基線的突然變動。聚合物的熔融和熱分解吸熱，故在熱譜圖上出現向下的負峰，而聚合物的結晶和氧化為放熱，表現為向上的正峰，據此可判斷聚合物的結晶相轉變，耐熱氧化性能及耐熱穩定性等。

DTA和DSC的因素

要獲得準確的DTA和DSC結果，zui重要的是使試樣和參比物處于均勻的溫度，并在均勻狀態的條件下進行操作，以免造成基線漂移和差熱峰出現不對稱等情況。此外試樣和參比物的熱容量不匹配或導熱性不好，試樣堆砌不緊密或顆粒大小不合適，幾何形狀不對稱，存在稀釋劑等因素都可能對結果產生影響。

所謂稀釋劑是指那些用來和試樣混合，以使其熱傳導和熱擴散與參比物相匹配的惰性物質(常用參比物)。一般來說，采用小試樣和少量稀釋劑效果較好，但由于靈敏度隨試樣量的增大而增大，而分辨率隨之下降，因此必須選擇一zui佳配比。除試樣用量外，如試樣粒度太小，其表面積增大，轉變溫度會移向低溫。試樣堆砌緊密，熱傳導大，從而改善了再現性。