学生实验报告
实验名称差热分析
姓名：学号：实验时间: 2011/5/20
一、实验目的
1、掌握差热分析原理和定性解释差热谱图。
2、用差热仪测定和绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。
二、实验原理
1、差热分析原理
差热分析是测定试样在受热（或冷却）过程中，由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及花絮而反应的一种分析方法，简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
物质在受热或者冷却过程中个，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸收、脱附等物理或化学变化，因而产生热效应，其表现为体系与环境（样品与参比物之间）有温度差；另有一些物理变化如玻璃化转变，虽无热效应发生但比热同等某些物理性质也会发生改变，此时物质的质量不一定改变，但温度必定会变化。
差热分析就是在物质这类性质基础上，基于程序控温下测量样品与参比物的温度差与温度（或时间）相互关系的一种技术。
DTA的工作原理（图1 仪器简易图）是在程序温度控制下恒速升温（或降温）时，通过热偶点极连续测定试样同参比物间的温度差ΔT，从而以ΔT对T 作图得到热谱图曲线（图2 差热曲线示意图），进而通过对其分析处理获取所需信息。
图1 仪器简易图
实验仪器实物图
图2 差热曲线示意图
在进行DTA测试是，试样和参比物分别放在两个样品池内（如简易图所示），加热炉以一定速率升温，若试样没有热反应，则它的温度和参比物温度间温差ΔT=0,差热曲线为一条直线，称为基线；若试样在某温度范围内有吸热（放热）反应，则试样温度将停止（或加快）上升，试样和参比物之间产生温差ΔT，将该信号放大，有计算机进行数据采集处理后形成DTA峰形曲线，根据出峰的温度
及其面积的大小与形状可以进行分析。
差热峰的面积与过程的热效应成正比，即
ΔH。
式中，m为样品质量；b、d分别为峰的
起始、终止时刻；ΔT为时间τ内样品与参比物的温差；
代表峰面积；K为仪器常数，可用数学方法推导，但较麻烦，本实验用已知热效应的物质进行标定。
三、实验药品和仪器
仪器：HCR型差热分析仪1套
药品：CuSO4·5H2O
四、实验步骤
1、打开仪器后面面板上的电源开关，指示灯亮，说明整机电源已接通。
开机半个小时后可以进行测试工作。
2、双手轻抬起炉子，以左手为中心，右手逆时针轻轻旋转炉子。
左手轻轻扶着炉子上，用左手拇指扶着右手拇指，防止右手抖动。
用右手把参比物放在左边的托盘上，把测量物放在右边的托盘上。
轻轻放下炉体。
（操作时轻上轻下）
3、启动热分析软件。
点击新采集，自动弹出【新采集——参数设置】对话框。
左半栏目里填写试样名称、序号、试样重量。
操作人员名字。
在右边栏里进行温度设定。
设置步骤如下：
●点击增加按钮，弹出【阶梯升温——参数设置】对话框，填写升温速率，终
值温度，保留时间，设置完毕点击确认按钮。
●继续点击增加按钮，进行上面设置。
采集过程将根据每次设置的参数进行阶
梯升温。
●用户可以修改每个阶梯设置的参数值，光标放到要修改的参数上。
单击左键，
参数行变蓝色，左键点击修改按钮，弹出次阶梯升温参数。
修改完毕，点击确定按钮。
进入采集状态、
4、数据分析：数据采集结束后，点击数据【数据分析】菜单，选择下拉菜单中的选项，进行对应分析，分析过程：首先用鼠标选取分析起始点，双击鼠标左键；接着选取分析结束点，双击鼠标左键，此时自动弹出分析结果。
五、实验数据记录及处理
1、标准铟
Oringin计算峰面积为S=28.380336 标准铟理论焓变为ΔH=28.5J/g 实测质量为m=10.60mg
机器常数为K=ΔH=10.644694
2、五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）
Oringin 求峰面积
第一峰面积133.943245
第二峰面积892.342626
第三峰面积157.734308
K=10.644694
第一个峰：ΔHc =K= 73.4940 J/g
第二个峰：ΔHc = K= 489.6244 J/g
第三个峰:ΔHc = K= 86.5481 J/g
六、思考题
1、差热分析为什么要用参考物？对它有什么要求？
答：实验中需要参照物作为一个基准。
参考物在试验温度范围内不发生任何物理化学变化，ΔT＝0，以此作为样品吸放热的基准。
要求：参考物有良好的热稳定性，在整个试验温度范围内不发生任何物理化学变化，不产生任何热效应。
2、本实验中为什么参考物都置于样品支持器中？
答：是为了保证参考物和样品的外部环境和条件相同，以使测得的 Ｔ—Ｔ曲线更准确。
3、如何辩明反应是吸热还是放热？为什么加热过程中，即使样品没有发生变化，差热曲线仍然会出现较大的漂移？
答：当△T=0时，是一条水平线；当样品放热，出现峰曲线；当吸热时，则出现方向相反的峰曲线。
因为差热分析是一种动态技术，同时又是涉及到热量传递的测量，故影响因素较多。
而样品粒度大小、导热系数、热容、样品量与装填的紧密度都是影响差热曲线的主要因素，所以即使样品没有发生变化，这些因素也有可能导致曲线变化。
4、反应前后差热曲线的基线往往不在一条水平线上，为什么？
答：因为在实际测量中，样品与参比物的比热容、导热系数、粒度、装填情况等不可能完全相同，因此差热曲线的基线往往不与时间轴平行。
5、为使本实验重复性好，应注意哪些问题？
答：用外推法确定特征温度：峰的起始温度通常是指外推起始温度，即以基线延长线与峰的前沿最大斜率点切线的交点所对应的温度。
七、进一步讨论
1、注意事项：
✧做实验时，放完药品后，炉子一定要向下放好，如没有放下炉子，在实验是
会把加热炉烧毁。
✧做实验前线打开电源。
✧通冷却水，保证水畅通。
✧每次升温，炉子应冷却至室温左右。
✧开始实验时，放下炉子后应稳定5分钟左右开始数据采集
✧实验结束后应继续通冷却水30分钟
2、影响差热分析的主要因素有哪些？
差热分析是一种热动态温度分析技术，在测试过程中体系温度不断变化，引起物质的热性能变化，因此，有很多因素会影响它的DTA曲线、峰形和温度。
主要有以下几方面：
（1）仪器因素：加热炉的形状尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、现实、记录系统精度等。
⏹炉子的结构和尺寸：炉子的均温区与炉子的结构尺寸有关，而差热基线
又与均温区的好坏有关，因此炉子的结构尺寸合理，均温区好，差热基
线直，检测性能也稳定。
⏹坩埚材料和形状不同，其传热性能各不相同。
金属材料坩埚的惹到性能
好，基线偏离小，但灵敏度较低，峰谷较小。
非金属材料坩埚的热传导
性较差，容易引起基线偏离，但灵敏度高，较少的样品就可获得较大的
差热峰谷。
坩埚的直径大，高度矮，试样容易反应，灵敏度高，峰形也
尖锐。
⏹热电偶的接点位置、类型和大小等因素都会对差热曲线的峰形、峰面积
及峰温等产生影响。
（2）试样因素：试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的影响等。
⏹热容量和热导率变化：当试样在加热过程中热容和热导率都发生变化，而
且加热速度较大，灵敏度较高的情况下，差热曲线的基线随温度升高可能会有较大的偏离。
⏹试样饿颗粒度、用量及装填密度：试样的颗粒度、用量及装填密度与试样
的热传导和热扩散性能有密切关系。
一般在测试时，试样的粒度均通过100—300目筛，如是聚合物应切成小片，纤维状试样应切成小段或制成球粒状，金属试样应加工成小圆片或小块等。
（3）实验条件
⏹升温速率：差热分析中，升温越快，更多的反应将发生在相同的时间间隔内，
峰的高度、封顶或温差将会变大，因此出现尖锐而狭窄的峰。
同时，不同的升温速度还会明显影响峰顶温度。
升温速度低时，峰谷宽、矮，形状扁平，峰温较低。
升温速度不同还会影响相邻峰的分辨率，较低的升温速率使相邻峰易于分开。
⏹炉内压力和气氛：压力对差热反应中体积很小的试样影响不大。
在外界压力
增大时，试样的热反应温度向高温方向移动。
而某些矿物试样在不同的气氛下，会得到完全不同的差热分析曲线。
通常控制气氛为两种形式：静态气氛，封闭系统；动态气氛，气氛流经试样和参比物。
参考文献：
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