Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master title style,无机材料科学基础,试验指导书,于金库,第1页,第1页,无机材料综合热分析（DSC/TG）,第2页,第2页,一、实验目与任务,1,理解热分析仪,STA-449C,仪器装置、工作原理及使用办法。,2,学会用热分析仪,STA-449C,测量无机材料,DSC/TG,曲线。,第3页,第3页,二、仪器结构原理及特点,物质在加热过程中某一特定温度下，往往会发生物理、化学改变并伴随有吸、放热现象。差示量热分析（DSC）是经过物质在加热过程中特定温度下吸、放热现象来研究物质各种性质。,STA-449C是世界上最先进同时TG-DSC分析仪器，拥有最高解析度TG/DSC与无可比拟长时间稳定性，即使在1400以上高温，仍能确保DSC传感器高灵敏度与比热测量准确性。针对无机材料、高分子材料等不同应用领域，STA-449C能够选配四个可自由更换炉体，覆盖-1201650宽广温度范围。STA-449C配置带电磁赔偿超微量天平，含有高准确度、g级分辨率与出众稳定性，并能测试重达5g样品。STA-449C采取顶部装样结构。与其它结构相比，顶部装样结构特点在于操作简便，即便操作人员装样时略有失误也不易损坏支架。炉体采取真空密闭设计，炉体打开时样品支架即与天平脱离，有利于对天平保护，因为气氛为由下往上自然流向，因此只需很小流量即可带走分解产物，载气中产物气体浓度高，尤其有利于与FTIR/MS联用。标准配置三路气体质量流量计。STA-449C支架传感器与坩埚底部直接接触，测温准确。用户能够依据应用选配各种样品支架：TG-DSC支架可同时提供TG-DSC-DTA信号，,第4页,第4页,适合于绝大多数应用；,TG-DTA,支架可用于对防腐蚀有特殊要求场合；,TG,支架可容纳大体积样品，尤其适合于吸附、氧化等气固反应研究。各种支架能够由用户以便地更换，另外各种支架还可选择热电偶与坩埚类型，尚有腐蚀性炉体、水蒸汽炉等特殊配备。通过这样灵活配备，,STA-449C,能够胜任几乎所有应用领域。与气相质谱（,QMS,）及傅立叶红外（,FTIR,）机灵联用系统，使得,STA-449C,成为面向未来功效强大热分析仪器。,图,1 STA-449C,示意图,第5页,第5页,工作原理图：,图,2 STA-449C,结构示意图,第6页,第6页,TG-DSC/DTA,及,Cp,支架示意图,第7页,第7页,温度测量范围 -1201650(不同炉型)比热测量温度范围 室温1400,比热测量准确度 5%比热测量范围 0.15.0 J/gK,基线重复性 1 V(2.5mW)噪声影响(最大)15 W(和温度相关),基线线性漂移 3 V 温度精度 1 K,热焓精度 3%真空度 10-2 Pa,吹扫气氛 氧化性气体，还原性气体，惰性气体 ,带走产生毒性、可燃气体,热重精度 106 g,主要技术参数：,第8页,第8页,差示扫描量热分析（,DSC,）是在程序控制温度下，测量待测试样和参比物能量差（功率差或热流差）随温度或时间改变一个技术。检测和统计能量差与温度（时间）关系仪器是差示扫描量热仪。,差示扫描量热分析试验测量和统计,DSC,曲线是以能量为单位来统计反应热量，曲线离开基线位移代表吸热或放热速度，以热流率表示，峡谷面积是反应焓变质量。因此，差示扫描量热分析除能进行差热分所所能进行各分析项目外，还能直接测量等温或变温状态下反应热。通常，差示扫描量热分析用于一些定量热分析或微量热分析中。,通过度析,DSC,曲线出峰温度、峰谷数目、形状和大小，并结合试样起源及其它分析资料，可鉴定出原料或产品中矿物、相变，进而找出吸热或放热效应原因。,热重分析法（,TG,）是在程序控制温度下，测量物质质量随温度改变一个试验技术。为便于与其它热分析办法组合，经常采用动态法，即在程序升温下测定物质质量改变与温度关系，采用连续升温连续称重方式。由热重分析统计质量改变对温度关系曲线成为热重曲线（,TG,曲线）。曲线纵坐标为质量，横坐标为温度。,第9页,第9页,三、试验办法,（一）操作条件,1.试验室门应轻开轻关，尽也许避免或降低人员走动。,2.计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大程序。,3.保护气体(Protective)：保护气体是用于在操作过程中对仪器及其天平进行保护，以预防,受到样品在测试温度下所产生毒性及腐蚀性气体侵害。Ar、N2、He等惰性气体均,可用作保护气体。保护气体输出压力应调整为0.05 MPa，流速恒定为1030 ml/min，一,般设定为15 ml/min。开机后，保护气体开关应一直为打开状态。,4.吹扫气体(Purge1/Purge2)：吹扫气体在样品测试过程中，用作为气氛气、或反应气。,普通采取惰性气体，也可用氧化性气体（如：空气、氧气等）或还原性气体（如：CO,、H2等）。但应慎重考虑使用氧化、还原性气体作气氛气，尤其是还原性气体，会缩,短样品支架热电偶使用寿命，还会腐蚀仪器上零部件。吹扫气体输出压力应调整,为0.05 MPa，流速100 ml/min，普通情况下为20 ml/min。,5.恒温水浴：恒温水浴是用来确保测量天平工作在一个恒定温度下。普通情况下，恒,温水浴水温调整为最少比室温高出2C。,6.真空泵：为了确保样品测试中不被氧化或与空气中某种气体进行反应，需要真空泵,对测量管腔进行重复抽真空并用惰性气体置换。普通置换两到三次即可。,第10页,第10页,（二）样品准备,1.,检查并确保测试样品及其分解物绝对不能与测量坩锅、支架、热,电偶或吹扫气体发生反应。,2.,为了确保测量精度，测量所用坩埚,(,（包括参比坩埚）必须预,先进行热处理到等于或高于其最高测量温度。,3.,测试样品为粉末状、颗粒状、片状、块状、固体、液体均可，但,需确保与测量坩埚底部接触良好，样品应适量（如：在坩埚中放,置,1/3,厚或,15mg,重），以便减小在测试中样品温度梯度，确保测,量精度。,4.,对于热反应猛烈或在反应过程中易产气愤泡样品，应适当减少,样品量。,5.,除测试要求外，测量坩埚应加盖，以防反应物因反应猛烈而溅出,而污染仪器。,6.,用仪器内部天平进行称样时，炉子内部温度必须保持恒定在室温,，天平稳定后读数才有效。,第11页,第11页,（三）开机,1.,开机过程无先后顺序。为确保仪器稳定准确测试，,STA 449C,天平主,机应始终处于带电开机状态，除长期不使用外，应避免频繁开机关机。,恒温水浴及其它仪器应至少提前,1,小时打开。,2.,开机后，首先调整保护气及吹扫气体输出压力及流速并待其稳定。,（四）样品测试程序,以使用,TG-DSC,样品支架进行测试为例，使用,TG-DTA,样品支架操作除注明外均相同。,测试前必须确保样品温度达到室温及天平稳定，然后才干开始。,升温速度除特殊要求外普通为,10 K/min,到,30 K/min,。,第12页,第12页,Sample,测试模式,该模式无基线校正功效,1.,进入测量运营程序。选,File,菜单中,New,进入编程文献。,2.,选择,Sample,测量模式，输入辨认号、要测量原则样品名称并,称重,。,点,Continue,。,3.,选择,原则温度校正文献,(?.tsu),，然后打开。,4.,选择,原则灵敏度校正文献,(?.esu),，然后打开。当使用,TG-DTA,样品,支架进行测试时，选则,Senszero.exx,然后打开。,5.,此时进入温度控制编程程序。,6.,仪器开始测量，直到完毕。,Correction,测试模式,：,该模式主要用于基线测量。为确保测试准确性，普通来说样品测试应使用基线,1.,进入测量运营程序。选,File,菜单中,New,进入编程文献。,2.,选择,Correction,测量模式，输入辨认号、样品名称可输入为空,(Empty),，不需称重。点,Continue,。,3.,选择原则温度校正文献，然后打开。,4.,选择原则灵敏度校正文献，然后打开。,5.,此时进入温度控制编程程序。,6.,仪器开始测量，直到完毕。,第13页,第13页,Sample+Correction,测试模式,1.,进入测量运营程序。选,File,菜单中,Open,打开所需测试基线进入编程文献。,2.,选择,Sample+Correction,测量模式，输入辨认号、样品名称并称重。点,Continue,。,利用仪器内部天平进行样品称重环节下列：,1),点击,Weigh.,进入称重窗口，待,TG,稳定后点击,Tare,。,2),称重窗口中,Crucible Mass,栏中变为,0.000mg,，且应稳定不变。不然应点击,Repeat,后再重新点击,Tare,。然后，点击,Store,。,3),再点击一次,Tare,，称重窗口中,Sample Mass,栏变为,0.000mg,。,4),把炉子打开，取出样品坩埚装入待测量样品。,5),将样品坩埚放入样品支架上，关闭炉子。,6),称重窗口中,Sample Mass,栏中，将显示样品实际重量。,7),待重量值稳定后，按,Store,将样品重量存入。,8),点击,OK,退出称重窗口。,第14页,第14页,3.,选择原则温度校正文献。,4.,选择原则灵敏度校正文献。当使用,TG-DTA,样品支架进行测试时，选,则,Senszero.exx,然后打开。,5.,选择或进入温度控制编程程序（即基线升温程序）。应注意是：,样品测试起始温度及各升降温、恒温程序段完全相同，但最后止束,温度能够等于或低于基线结束温度（即只能改变程序最后温度）。,6.,仪器开始测量，直到完毕。,第15页,第15页,真空泵操作,当样品需要在惰性气体环境中进行测试时，则要对炉子内样品腔体进行重复抽真空及置换惰性气体操作。但需要尤其注意是，启动真空泵前必须确认,STA-449C,上排气阀完全关闭，以防在抽真空过程中将样品抽走。抽真空完毕后，只有当充气完毕后才干打开（慢慢地轻轻地开）排气阀门。,有两种抽真空操作：,1.,直接按,STA-449C,主机上,Vacuum,键：这种操作只有再次按下,Vacuum,键后才干停止抽真空，并且在无其它操作时系统能始终保持真空状态。,2.,直接按,STA-449C,主机上,AutoCycl,键：进行这种操作后，当系统抽真,空到绝对压力为,4mbar,时，将停止抽真空，并且开始自动充惰性气体，,当充气到常压稍高一点时会自动停止充气。提议使用此种操作方式。,第16页,第16页,（五）原则样品校正文献生成,普通情况下，用于样品支架标准样品校正文件只需每年更新一次。,1.校正文件包含标准温度校正和标准灵敏度校正两个文,件。但TG-DTA样品支架不需要进行灵敏度校正。,2.对于不同类型坩埚、样品支架、气氛及气体流速应,分别建立校正文件。,3.校正文件必须由三个以上标样测试数据产生，使用,标样数量越多校正越准确。,4.所选标样温度值应尽也许地覆盖仪器应用范围。,5.针对自己样品测试温度范围，合理选择不同校正温,度点上数学权重，将有利于提升测量准确性。,第17页,第17页,操作程序：,1.,进入测量运营程序。选,File,菜单中,New,进入编程文献。,2.,选择,Sample,测量模式，输入辨认号、要测量原则样品名称并称,重。点,Continue,。,3.,选择,Tcalzero.tcx,然后打开。,4.,选择,Senszero.exx,然后打开。,5.,此时进入温度控制编程程序。,6.,仪器开始测量，直到完毕。,7.,重复上述环节测量,5,个或以上原则样品,(In,，,Bi,，,Zn,，,Al,，,Ag,，,Au,，,Ni),。,8.,打开分析软件，分别对测量过每一个样品,ONSET,点及熔化峰,面积进行分析计算。,9.,在分析软件中分别选择,Extras,菜单中,Calib.Temperature,和,Calib.,Sencitivity,来