KNO3的差熱分析試驗

實(shí)驗原理

(1)差熱分析的原理

在物質(zhì)勻速加熱或冷卻的過(guò)程中，當達到特定溫度時(shí)會(huì )發(fā)生物理或化學(xué)變化。在變化過(guò)程中，往往伴隨有吸熱或放熱現象，這樣就改變了物質(zhì)原有的升溫或降溫速率。差熱分析就是利用這一特點(diǎn)，通過(guò)測定樣品與一對熱穩定的參比物之間的溫度差與時(shí)間的關(guān)系，來(lái)獲得有關(guān)熱力學(xué)或熱動(dòng)力學(xué)的信息。

目前常用的差熱分析儀一般是將試樣與具有較高熱穩定性的差比物(如α-Al2O3)分別放入兩個(gè)小的坩堝，置于加熱爐中升溫。如在升溫過(guò)程中試樣沒(méi)有熱效應，則試樣與差比物之間的溫度差△T為零;而如果試樣在某溫度下有熱效應，則試樣溫度上升的速率會(huì )發(fā)生變化，與參比物相比會(huì )產(chǎn)生溫度差△T。把T和△T轉變?yōu)殡娦盘?，放大?/span>用雙筆記錄儀記錄下來(lái)，分別對時(shí)間作圖，得△T-和T-t兩條曲線(xiàn)。

下圖所示的是理想狀況下的差熱曲線(xiàn)。圖中ab、de、gh分別對應于試樣與參比物沒(méi)有溫度差時(shí)的情況，稱(chēng)為基線(xiàn)，而bcd和efg分別為差熱峰。差熱曲線(xiàn)中峰的數目、位置、方向、高度、寬度和面積等均具有一定的意義。比如，峰的數目表示在測溫范圍內試樣發(fā)生變化的次數;峰的位置對應于試樣發(fā)生變化的溫度;峰的方向則指示變化是吸熱還是放熱;峰的面積表示熱效應的大小等。因此，根據差熱曲線(xiàn)的情況就可以對試樣進(jìn)行具體分析，得出有關(guān)信息。

差熱曲線(xiàn)和試樣

在峰面積的測量中，峰前后基線(xiàn)在一條直線(xiàn)上時(shí)，可以按照三角形的方法求算面積。但是更多的時(shí)候，基線(xiàn)并不一定和時(shí)間軸平行，峰前后的基線(xiàn)也不一定在同一直線(xiàn)上(見(jiàn)下圖)。此時(shí)可以按照作切線(xiàn)的方法確定峰的起點(diǎn)、終點(diǎn)和峰面積。另外，還可以采取剪下峰稱(chēng)重，以重量代替面積(即剪紙稱(chēng)量法)。

測定面積的方法

(2)影響差熱分析的因素

差熱分析是一種動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，影響差熱分析結果的因素較多。主要有以下幾種。

①升溫速率

升溫速率對差熱曲線(xiàn)有重大影響，常常影響峰的形狀、分辨率和峰所對應的溫度值。比如當升溫速率較低時(shí)基線(xiàn)漂移較小、分辨率較高、可分辨距離很近的峰，但測定時(shí)間相對較長(cháng);而升溫速率高時(shí)，基線(xiàn)漂移嚴重，分辨率較低，但測試時(shí)間較短。

② 試樣

樣品的顆粒一般大約在200目左右，用量則與熱效應和峰間距有關(guān)。樣品粒度的大小、用量的多少都對分析有著(zhù)很大的影響，甚至連裝樣的均勻性也會(huì )影響到實(shí)驗的結果。

③稀釋劑的影響

稀釋劑是指在試樣中加入一種與試樣不發(fā)生任何反應的惰性物質(zhì)，常常是參比物質(zhì)。稀釋劑的加入使樣品與參比物的熱容相近，能有助于改善基線(xiàn)的穩定性，提高檢出靈敏度，但同時(shí)也會(huì )降低峰的面積。

④氣氛與壓力

許多測定受加熱爐中氣氛及壓力的影響較大，如CaC2O4·H2O在氮氣和空氣氣氛下分解時(shí)曲線(xiàn)是不同的。在氮氣氣氛下CaC2O4·H2O第二步熱解時(shí)會(huì )分解出CO氣體，產(chǎn)生吸熱峰，而在空氣氣氛下熱解時(shí)放出的CO會(huì )被氧化，同時(shí)放出熱量呈現放熱峰。

除了以上因素外，走紙速率、差熱量程等均對差熱曲線(xiàn)有一定的影響。因此在運用差熱分析方法研究體系時(shí)，必須認真查閱文獻，審閱體系，找出合適的實(shí)驗條件方可進(jìn)行測試。