差热-热重分析法测定硫酸铜的热分析图谱

一、实验目的

1. 了解差热分析法、热重分析法的基本原理。

2. 了解差热热重同步热分析仪的基本构造并掌握使用方法。

3. 正确控制实验条件，并学会对热分析谱图进行定性分析和定量处理。

二、实验原理

1．差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）

差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物（一种在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。许多物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、吸附、脱附等物理转变及分解、化合、氧化还原等化学反应。这些变化在微观上必将伴随体系焓的改变，从而产生热效应，在宏观上表现为该物质与外界环境之间有温度差。选择一种对热稳定的物质作为参比物，将其与试样一起置于可按设定速率升温的热分析仪中，分别记录参比物的温度以及试样与参比物间的温度差。以温差对温度作图就可以得到差热分析曲线，简称DTA曲线。

2. 热重法（Thermogravimetry，TG）

热重法是在程序控制温度下，测量物质的质量变化与温度关系的一种技术，其基本原理是热天平。热天平分为零位法和变位法两种。变位法，就是根据天平梁的倾斜度与质量变化呈比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法，是采用差动变压器法、光学法或电触点法测定天平梁的倾斜度，并用螺线管线圈对安装在天平系统中的永久磁铁施加力，使天平梁的倾斜复原。由于对永久磁铁所施加的力与质量变化呈比例，这个力又与流过螺线管的电流呈比例，因此只要测量并记录电流，便可得到质量变化的曲线，以质量对温度作图就可以得到热重曲线，简称TG曲线。

三、实验用品

1. 仪器 日本SHIMADZU DTG-60差热-热重同步热分析仪（TA-60工作

站），镊子，坩埚，研钵。

2. 药品 参比物：α-AL2O3(A.R，原装进口)

试样：CuSO4·5H2O(A.R)

四、操作步骤

1、 熟悉差热-热重同步热分析仪的组成及相应旋钮的作用。

2、 开启主机电源，整机预热30min。

3、 根据试样测定条件选取两个铝坩埚，其中一个装上参比物α-AL2O3，按下

“Open”键，升起炉盖，并将装有参比物的坩埚放置在左边检测杆托盘上，另一只空坩埚放在右边检测杆托盘上，“按下Close”键，降下炉盖，停留数十秒，按下“Display”键至质量信号稳定后，再按下“Zero”键清零。

4、 升起炉盖，取出空坩埚，装上已经研磨好的试样五水硫酸铜粉末，并放回右

边检测杆托盘上，降下炉盖。硫酸铜的质量应尽量与α-AL2O3的质量相同，

并且控制在1~10mg之间。

5、 打开应用程序，设置“Measure Parameters（测量参数）”及“File Information

（文件信息）”，开启程序“Start”，开始样品测试。

6、 当样品温度升到最高设定温度后，加热炉停止加热并开始自动降温。待炉温

降到500C，升起炉盖，用镊子取出坩埚，处理样品残渣及坩埚，关闭各组件电源及总电源。

7、 清理仪器表面及桌面，做好清洁卫生。

五、注意事项

1.试样五水硫酸铜在实验前要研细，粒度在200目左右。装样时，样品尽量薄而均匀地平铺在坩埚底部，并在桌面轻敲坩埚以保证样品之间有良好的接触。

2.在实验过程中，不能用手碰触或弯曲检测杆。

3.实验过程中，取坩埚及放置坩埚都要用镊子，动作要轻巧、平稳、准确，切勿将样品撒落在炉膛里面。

4.设置好参数后，再启动程序。

5.实验过程中，手不要直接接触炉体，否则会遭烫伤。

六、数据处理

1.通过差热曲线，判断各反应是吸热反应还是放热反应，以及找出各峰的开始温度、峰温度及热量值。 温度 /℃

uV

C 质量/mg

B

A

由差热曲线可知，Ａ，Ｂ，Ｃ峰为吸热峰，此反应为吸热反应。

Ａ峰的开始温度为55.00℃，峰温为83.46℃；B峰的开始温度为98.56℃，峰温为108.70℃；C峰的开始温度为183.45℃，峰温为229.28℃。

2.在热重曲线上找出各次失重率及起始温度。

A：失重率=（10.72-8.72）/10.72=0.187 开始温度为66.36℃

B：失重率=（10.72-7.74）/10.72=0.278 开始温度为95.67℃

C：失重率=（10.72-6.95）/10.72=0.352 开始温度为212.60℃

3.结合差热热重曲线分析所发生的反应过程及最终产物。

差热热重曲线分析可知，所发生的反应为脱水反应，脱水过程分为三个阶段，每个阶段脱掉一部分的水，最终的产物为无水硫酸铜。

七、思考问题

1.哪些物质不适合做热分析检测？进行热分析的试样需要哪些预处理？ 答：易燃，易爆，易于与坩埚反应的物质都不适合做热分析检测。试样用量大，易使相邻两峰重叠，降低了分辨力。一般尽可能减少用量，最多大至毫克。样品的颗粒度在100目～200目左右，颗粒小可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的结晶度。对易分解产生气体的样品，颗粒应大一些。参比物的颗粒、装填情况及紧密程度应与试样一致，以减少基线的漂移。

2.影响热重曲线和差热曲线的因素分别有哪些？

答：影响差热曲线形状的因素：升温速率（影响Ta的位置及峰的尖锐程度）、

样品颗粒的大小（颗粒大，样品存在温度梯度，影响峰的圆滑程度）、气氛和压力（影响反应的快慢，即影响峰的尖锐程度）。

影响差热分析结果的因素：差热峰是否圆滑（影响温度的确定）、基线是否漂移（影响峰面积的确定）、样品质量是否准确（影响热效应的大小）。

3.两种热分析技术的应用领域及发展前景？

答：差热分析从被发明以后，迅速应用于各个研究领域，成为分析金属、陶瓷及高分子物质的有效工具，并且被不断发展。19xx年发展了定量差热分析方法，可以精确的确定矿物在混合物中的含量。麦西尔斯提出了微量DTA法，是差热测试的灵敏度和分辨率得到很大提高，因而得到了迅速发展。20世纪60年代，差示扫描量热法（DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。 因此，差热分析法由于具有诸多优势，已成为材料研究中不可缺少的测试方法，随着科研需求的扩大和仪器制造技术的进步，差热分析法一定会有更大的发展。

第二篇：用热重分析法对硫酸铜晶体的研究