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KNO3的差熱分析試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(dāng)達(dá)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(xiàn)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(cè)定樣品與一對(duì)熱穩(wěn)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(wěn)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(yīng)，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(yīng)，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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，放大后用雙筆記錄儀記錄下來(lái)，分別對(duì)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(duì)應(yīng)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(shù)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(shù)目表示在測(cè)溫范圍內(nèi)試樣發(fā)生變化的次數(shù);峰的位置對(duì)應(yīng)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(yīng)的大小等。因此，根據(jù)差熱曲線(xiàn)的情況就可以對(duì)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(cè)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(cè)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(jié)果的因素較多。主要有以下幾種。

①升溫速率

升溫速率對(duì)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(duì)應(yīng)的溫度值。比如當(dāng)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(cè)定時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);而升溫速率高時(shí)，基線(xiàn)漂移嚴(yán)重，分辨率較低，但測(cè)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(yīng)和峰間距有關(guān)。樣品粒度的大小、用量的多少都對(duì)分析有著很大的影響，甚至連裝樣的均勻性也會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)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(yīng)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(wěn)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(cè)定受加熱爐中氣氛及壓力的影響較大，如CaC2O4·H2O在氮?dú)夂涂諝鈿夥障路纸鈺r(shí)曲線(xiàn)是不同的。在氮?dú)鈿夥障?/span>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(xiàn)放熱峰。

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