TG的结构组成:
a) 灵敏的天平:天平稳定度越高,能侦测的极限越小;天平需与高温炉隔离;补偿式天平。
b) 高温炉及温度感测器:控制温度的重要元件;一般以白金为材质;温度范围介于室温至1500℃。
c) 降温装置:液体循环冷却;气体冷却。
d) 样品盘:TG中唯一与样品接触的部分;需具有耐腐蚀、抗氧化、耐酸碱、易清理等特质。
e) 气体:天平气氛控制使天平处于一特定环境下,且不受样品裂解出之气体影响,一般用N2;样品气氛控制使样品处于一特定环境下;气动式移动炉体石英管柱控制炉体上升下降,一般用空气即可。
f) 校正设计:质量校正用标准砝码;质量校正分两种,无机材料标准品校正利用标准品的溶解温度为校正点,磁性材料校正利用磁性材料的居理温度。
(2)DSC的工作原理及结构组成
DSC是为了克服差热缺点而发展出来的,该法对试样产生的热效应能及时得到应有的补偿,使得试样与参比物之间无温差、无热交换,试样升温速度始终跟随炉温线性升温,保证了校正系数K值恒定,测量灵敏度和精度大有提高。
根据所用测量方法不同,分为功率补偿型DSC和热流型DSC。
DSC的结果受几方面影响:a)实验条件:程序升温速率Ф,气氛
b)试样条件:试样用量,粒度,装填情况,试样的稀释等。
DSC有一个样品池和一个参比池,样品池内存放被测试样(实验药量通常在1~20mg)。参比池内放置与样品池同等质量的惰性物质(一般为热力学性能稳定的α-三氧化二铝),结构示意图如图2,3所示。实验在程序温度控制下,测量输入到被测物质和参比物质之间的能量差(或功率差)随温度的变化规律。实验时一般采用等温升温程序,升温速率一般控制在1~10℃/min。DSC的可测温度范围根据仪器的不同而不同,普通DSC的可测温度范围大多在室温至800℃。但是有些特殊用途的DSC其可测温度的上下限有很大的变化。由于DSC的实验可测温度范围很广,为了避免被测物质在高温下与空气中的氧气进行反应,经常采用通入惰性气体(通常为氮气)的方法来消除活性气体的氧化作用。
图2 DSC炉膛内结构示意图
图3 DSC内部结构示意图
2.2 微量量热仪C80
2.2.1 C80简介及应用
C80微量量热仪(实物如图4所示)是法国SETARAM公司在20世纪80年代初开发的新一代热分析仪,它的测试原理与DSC基本一致。由于它的感度非常高(约为10-6μW,比DSC高2个数量级以上),不仅适用于普通化学反应的发热特性的测定,而且能够测定诸如蛋白质的变性、物理吸附等热现象非常微弱的物理化学过程的热效应,还能测定物质的比热、热传导率等物理特性。该仪器可配套多种不同形式的样品池,可根据样品池的应用范围从事各种不同的研究及应用;并可根据其原理特点自行设计改进、制造不同反应领域的样品池,可以从外部引入不同的气体、液体进行多种目的的混合实验。C80量热仪反应池包括:标准反应池、高压反应池、旋转机械或薄膜搅拌反应池、气体循环池、真空反应池、液体比热及渗透反应池等。除使用不同功能的样品池之外,C80微量量热仪还可以外接压力控制面板、气源等设备,使仪器测试功能可以从常压扩展到高压,可以测出样品在不同的压力条件下的热特性。实验时所用试样量为1~10g,比DSC大3~4个数量级,这也大大提高了实验精度,使其数据更为准确、可信。
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