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    基礎(chǔ)理論丨TG-DSC原理與測(cè)試入門經(jīng)典問(wèn)答
    來(lái)源:測(cè)試狗 時(shí)間:2020-05-03 18:32:08 瀏覽:10515次

    本文由測(cè)試狗原創(chuàng)

    什么是TG-DSC?

    TG指的是熱重分析(Thermogravimetric Analysis的簡(jiǎn)稱)

    熱重分析是指在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù),用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組份TG在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測(cè)手段。熱重分析在實(shí)際的材料分析中經(jīng)常與其他分析方法連用,進(jìn)行綜合熱分析(通常用的最多的就是TG-DSC綜合熱分析法),全面準(zhǔn)確分析材料。熱重分析指溫度在程序控制時(shí),測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間的關(guān)系的技術(shù)。這里值得一提的是,定義為質(zhì)量的變化而不是重量變化,是基于在磁場(chǎng)作用下,強(qiáng)磁性材料當(dāng)達(dá)到居里點(diǎn)時(shí),雖然無(wú)質(zhì)量變化,卻有表觀失重。而熱重分析則指觀測(cè)試樣在受熱過(guò)程中實(shí)質(zhì)上的質(zhì)量變化。

    DSC 指的是示差掃描量熱(differential scanning calorimetry的簡(jiǎn)稱) 示差掃描量熱法這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于一系列材料,它既是一種例行的質(zhì)量測(cè)試,也作為一個(gè)研究工具。該設(shè)備易于校準(zhǔn),使用熔點(diǎn)低銦例如,是一種快速和可靠的熱分析方法。示差掃描量熱法(DSC)是在程序控制溫度下,測(cè)量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。DSC和DTA儀器裝置相似,所不同的是在試樣和參比物容器下裝有兩組補(bǔ)償加熱絲,當(dāng)試樣在加熱過(guò)程中由于熱效應(yīng)與參比物之間出現(xiàn)溫差ΔT時(shí),通過(guò)差熱放大電路和差動(dòng)熱量補(bǔ)償放大器,使流入補(bǔ)償電熱絲的電流發(fā)生變化,當(dāng)試樣吸熱時(shí),補(bǔ)償放大器使試樣一邊的電流立即增大;反之,當(dāng)試樣放熱時(shí)則使參比物一邊的電流增大,直到兩邊熱量平衡,溫差ΔT消失為止。換句話說(shuō),試樣在熱反應(yīng)時(shí)發(fā)生的熱量變化,由于及時(shí)輸入電功率而得到補(bǔ)償,所以實(shí)際記錄的是試樣和參比物下面兩只電熱補(bǔ)償?shù)臒峁β手铍S時(shí)間t的變化關(guān)系。如果升溫速率恒定,記錄的也就是熱功率之差隨溫度T的變化關(guān)系。

    DSC曲線 在操作中,通過(guò)單獨(dú)的加熱器補(bǔ)償樣品在加熱過(guò)程中發(fā)生的熱量變化,以保持樣品和參比物的溫差為零。這種補(bǔ)償能量(即樣品吸收或放出的熱量)所得的曲線稱DSC曲線。是以樣品吸熱或放熱的速率,即熱流量dQ/dt(單位mJ/s)為縱坐標(biāo),以時(shí)間t或溫度T為橫坐標(biāo)。曲線離開基線的位移,代表樣品吸熱或放熱的速率;曲線中的峰或谷所包圍的面積,代表熱量的變化??蓽y(cè)定多種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù),如比熱容、焓變、反應(yīng)熱、相圖、反應(yīng)速率、結(jié)晶速率、高聚物結(jié)晶度、樣品線度等。

    DSC基本原理與經(jīng)典應(yīng)用?

    在程序溫度(升/降/恒溫及其組合)過(guò)程中,測(cè)量樣品與參考物之間的熱流差,以表征所有與熱效應(yīng)有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化。

    典型應(yīng)用:



    DSC與DTA是什么關(guān)系?

    DSC的前身是差熱分析DTA,我簡(jiǎn)單介紹下工作原理的區(qū)別:

    DTA呢,只能測(cè)試△T信號(hào),無(wú)法建立△H與△T之間的聯(lián)系。

    而DSC測(cè)試△T信號(hào),并建立△H與△T之間的聯(lián)系。


    DSC測(cè)試需要注意哪些條件?

    主要有如下幾點(diǎn):升溫速率、樣品用量、制樣方式、實(shí)驗(yàn)氣氛、坩堝的選取、樣品溫度控制(STC)、DSC基線。


    升溫速率有哪些影響,有沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的升溫速率?


    熱分析領(lǐng)域常用而標(biāo)準(zhǔn)的升溫速率是10K/min。

    利用多個(gè)不同升溫速率下得到的一系列測(cè)試結(jié)果,可進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

    在存在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)路徑的情況下,不同的升溫速率得到的終產(chǎn)物組成可能不同。



    一般DSC測(cè)試需要多少樣品,樣品量對(duì)DSC測(cè)試有哪些影響呢?

    并不是說(shuō)樣品量多或者少就一定好,這個(gè)與目標(biāo)分析結(jié)果有關(guān)。



    一般情況下,以較小的樣品量為宜。熱分析常用的樣品量為5~15mg。

    在樣品存在不均勻性的情況下,可能需要使用較大的樣品量才具有代表性。

    在DSC測(cè)試表征過(guò)程中,如何同時(shí)選擇合適的升溫速率和樣品量呢?

    (1)提高對(duì)微弱的熱效應(yīng)的檢測(cè)靈敏度:提高升溫速率,加大樣品量;

    (2)提高微量成份的熱失重檢測(cè)靈敏度:加大樣品量;

    (3)提高相鄰峰(失重平臺(tái))的分離度:慢速升溫速率,小的樣品量。

    對(duì)于不同條件的DSC樣品,如何選擇合適的制樣方式?

    (1)塊狀樣品:建議切成薄片或碎粒;

    (2)粉末樣品:使其在坩堝底部鋪平成一薄層;

    (3)堆積方式:一般建議堆積緊密,有利于樣品內(nèi)部的熱傳導(dǎo);對(duì)于有大量氣體產(chǎn)物生成的反應(yīng),可適當(dāng)疏松堆積。

    DSC測(cè)試的氣氛分哪些類,有何應(yīng)用區(qū)別?

    氣氛主要是動(dòng)態(tài)氣氛、靜態(tài)氣氛和真空3類,可以從以下三點(diǎn)來(lái)分別:

    (1)從保護(hù)天平室與傳感器、防止分解物污染的角度,一般推薦使用動(dòng)態(tài)吹掃氣氛;

    (2)對(duì)于高分子TG測(cè)試,在某些場(chǎng)合使用真空氣氛,能夠降低小分子添加劑的沸點(diǎn),達(dá)到分離失重臺(tái)階的目的;

    (3)若需使用真空或靜態(tài)氣氛,須保證反應(yīng)過(guò)程中的釋出氣體無(wú)危害性。


    在不同的氣氛條件下,結(jié)果有時(shí)候也是不同的,我們舉個(gè)“NR/SBR 橡膠中增塑劑的分解”的例子:

    將NR/SBR共混橡膠材料,在 N2氣氛下按照標(biāo)準(zhǔn)的TG方法進(jìn)行分析,增塑劑的失重量為 9.87%。(增塑劑失重與橡膠分解臺(tái)階有較大重疊)


    將該樣品在真空下進(jìn)行測(cè)試,由于增塑劑沸點(diǎn)的降低,揮發(fā)溫度與橡膠分解溫度拉開距離,得到了更準(zhǔn)確的增塑劑質(zhì)量百分比:13.10%。


    DSC測(cè)試的常用氣氛和特殊氣氛有哪些?

    常用氣氛:

    N2: 常用惰性氣氛

    Ar: 惰性氣氛,多用于金屬材料的高溫測(cè)試。

    He: 惰性氣氛,因其導(dǎo)熱性好,有時(shí)用于低溫下的測(cè)試

    Air: 氧化性氣氛,可作反應(yīng)氣氛

    O2: 強(qiáng)氧化性氣氛,一般用作反應(yīng)氣氛

    特殊氣氛(如H2、CO、HCl 等):

    考慮氣氛在測(cè)試所達(dá)到的最高溫度下是否會(huì)與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng),注意防止爆炸和中毒。

    通過(guò)改變測(cè)試氣氛(如真空-氮?dú)?空氣),有助于深入剖析材料成分。


    DSC在操作過(guò)程中有哪些要特別注意的地方?

    (1)儀器可一直處于開機(jī)狀態(tài),盡量避免頻繁開機(jī)關(guān)機(jī)。

    (2)儀器應(yīng)至少提前1小時(shí)開機(jī)。

    (3)盡量避免在儀器極限溫度附近進(jìn)行恒溫操作。

    (4)試驗(yàn)完成后,必須等爐溫降到200°C以下后才能打開爐體。

    (5)測(cè)試樣品及其分解物不能對(duì)傳感器、熱電偶造成污染。

    具體措施:實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)樣品的組成有大致了解,如有危害性氣體產(chǎn)生,實(shí)驗(yàn)要加大吹掃氣的用量。

    (6)測(cè)試樣品及其分解物絕對(duì)不能與測(cè)量坩鍋發(fā)生反應(yīng),具體為:鋁坩鍋測(cè)試,測(cè)試終止溫度不能超過(guò)600°C;絕對(duì)避免使用鉑坩鍋進(jìn)行測(cè)試金屬樣品;金屬樣品的測(cè)試需查蒸氣壓~溫度表格。


    爐體如果已發(fā)生污染,該如何處理?

    (1)使用棉花棒蘸上酒精輕輕擦洗;

    (2)使用大流量惰性吹掃氣氛空燒至600℃;

    (3)在日常使用溫度范圍內(nèi)進(jìn)行基線的驗(yàn)證測(cè)試,若基線正常無(wú)峰,傳感器一般仍可繼續(xù)使用;

    (4)使用標(biāo)樣In與Zn進(jìn)行溫度與靈敏度的驗(yàn)證測(cè)試,若溫度與熱焓較理論值發(fā)生了較大偏差,需要重新進(jìn)行校正。



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    文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語(yǔ)言的工具。人類往往先有口頭的語(yǔ)言后產(chǎn)生書面文字,很多小語(yǔ)種,有語(yǔ)言但沒(méi)有文字。文字的不同體現(xiàn)了國(guó)家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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