差熱分析儀的構造和原理
在熱分析儀器中,差熱分析儀是使用得最早和最為廣泛的一種熱分析儀器。差熱分析是在程序控制溫度下,測量物質(zhì)和參比物的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)。當試樣發(fā)生任何物理或化學(xué)變化時(shí),所釋放或吸收的熱量使樣品溫度高于或低于參比物的溫度,從而相應地在差熱曲線(xiàn)上可得到放熱或吸熱峰。差熱曲線(xiàn)是由差熱分析儀所測定而記錄下的△T-T 曲線(xiàn),曲線(xiàn)的縱坐標為樣品與參比物的溫度差(△T),向上表示放熱反應,向下表示吸熱反應。差熱分析也可測定樣品的熱容變化,它在差熱曲線(xiàn)上反映出基線(xiàn)的偏離。例如聚合物的典型DTA 曲線(xiàn)顯示出聚合物隨溫度升高所產(chǎn)生的玻璃化轉變、結晶、熔融、氧化和分解等過(guò)程,如下圖所示。
差熱分析儀主要由加熱爐、溫差檢測器、溫度程序控制儀、訊號放大器、量程控制器、記錄儀和氣氛控制設備等所組成。DTA 儀的示意圖如下圖所示,其測量系統主要是溫差檢測器。處在加熱爐中的試樣和參比物在相同的條件下加熱或冷卻,爐溫的程序控制由控溫熱電偶監控。試樣和參比物之間的溫差通常用對接的兩支熱電偶進(jìn)行測定,熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)分別與盛裝試樣和參比物的坩堝底部相接觸(見(jiàn)下圖(a)),或者分別直接插入樣品和參比物中(如下圖(b)),F在大多數的DTA 儀采用前一種方法,由于該法的差熱電偶與坩堝底部接觸好,靈敏度較高。而后一種由于差熱電偶和試樣直接接觸,熱電偶易被腐蝕和污染。由于熱電偶的電動(dòng)勢與試樣和參比物之間的溫差成正比,溫差電動(dòng)勢經(jīng)微伏放大器和量程控制器放大后由x-y 記錄儀直接把試樣和參比物之間的溫差△T 記錄下來(lái)。在此同時(shí),x - y 記錄儀也記錄下試樣的溫度(或時(shí)間t ) ,這樣就可獲得差熱分析曲線(xiàn)即△T-T (t)圖。應注意,在測定時(shí)所采用的參比物應是惰性材料即在測定的條件下不產(chǎn)生任何熱效應的材料。由于現代差熱分析儀的檢測靈敏度是很高的,所以它能檢測試樣中所發(fā)生的各種物理和化學(xué)變化如晶型的變化、比熱、相變和分解反應等等。
曲線(xiàn)的縱坐標為樣品與參比物的溫度差,向上表示放熱反應,向下表示吸熱反應。注意:在測定時(shí)所使用的參比物應該是惰性材料即在測定條件下不產(chǎn)生任何熱效應的材料。
目前,差熱分析儀的溫度范圍可從-