影響儀器儀表差熱分析的主要因素
影響儀器儀表差熱分析的主要因素
差熱分析操作簡單,但在實際工作中,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)同一個樣品在不同儀器上測量,或者不同人在同一儀器上測量,得到的差熱曲線結(jié)果不同。峰的最高溫度、形狀、面積和峰大小都會發(fā)生一定程度的變化。主要原因是熱量與多種因素有關(guān),傳熱較為復(fù)雜。一般來說,一個是儀器,一個是樣品。雖然影響因素很多,但只要嚴格控制一定的條件,仍然可以獲得較好的重現(xiàn)性。
(1) 氣氛和壓力的選擇
大氣和壓力會影響樣品的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的平衡溫度和峰形。因此,必須根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇合適的氣氛和壓力。有些樣品容易氧化,可引入N2、Ne等惰性氣體。
(2)升溫速率的影響及選擇
升溫速率不僅影響峰溫的位置,還影響峰面積的大小。一般來說,加熱速度越快,峰面積越大,峰越尖。但是,快速的升溫速度使樣品的分解在很大程度上偏離了平衡條件,容易造成基線漂移。更重要的是,兩個相鄰的峰可能重疊,分辨率會降低。較慢的加熱速率和較低的基線漂移使系統(tǒng)接近平衡條件并獲得寬而淺的峰。它還可以更好地分離兩個相鄰峰,從而實現(xiàn)高分辨率。但測量時間長,儀器靈敏度高。一般以8度·min-1~12度·min-1為宜。
(3) 樣品前處理及用量
樣品量大,容易造成相鄰的兩個峰重疊,降低分辨率。一般盡量減少用量,最多為毫克。樣品粒度約100目~200目。小顆??梢蕴岣邿釋?dǎo)率,但太細可能會破壞樣品的結(jié)晶度。對于容易分解產(chǎn)生氣體的樣品,顆粒要大一些。對照品的顆粒、堆積和密封性應(yīng)與樣品一致,以減少基線漂移。
(4) 參考資料的選擇
為了獲得穩(wěn)定的基線,參考物質(zhì)的選擇非常重要。要求參比物質(zhì)在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化,并且在整個加熱過程中參比物質(zhì)的比熱、熱導(dǎo)率和粒徑盡可能與樣品一致或相似。
α-氧化鋁 (Al2O3) 或煅燒氧化鎂 (MgO) 或石英砂通常用作參考材料。如果分析樣品是金屬,也可以用金屬鎳粉作為標(biāo)準物質(zhì)。如果樣品和參考材料的熱性能差異很大如果太遠,可以通過稀釋樣品來解決,主要是降低反應(yīng)強度;如果加熱樣品時有氣體產(chǎn)生,可以減少大量的氣體,防止樣品沖出。所選稀釋劑不能與樣品發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)或催化反應(yīng)。常見的稀釋劑有碳化硅、鐵粉、Fe2O3、玻璃珠Al2O等。
(5)走紙速度的選擇
在相同的實驗條件下,相同的樣品,如進紙速度快,峰面積大,但峰形平坦,誤差??;進紙速度小,峰面積小。因此,應(yīng)根據(jù)不同的樣品選擇合適的走紙速度。不同條件的選擇會影響差熱曲線。除上述之外,還有很多因素,例如樣品管的材料、尺寸和形狀,熱電偶的材料,以及熱電偶插入樣品和參考的位置。以上因素對于市售的差示量熱儀是固定的,但是自己組裝的差示量熱儀必須考慮這些因素。
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