硝酸鉀的差熱分析實驗原理和影響因素分析

KNO3的差熱分析試驗

實驗原理

(1)差熱分析的原理

在物質勻速加熱或冷卻的過程中，當達到特定溫度時會發生物理或化學變化。在變化過程中，往往伴隨有吸熱或放熱現象，這樣就改變了物質原有的升溫或降溫速率。差熱分析就是利用這一特點，通過測定樣品與一對熱穩定的參比物之間的溫度差與時間的關系，來獲得有關熱力學或熱動力學的信息。

目前常用的差熱分析儀一般是將試樣與具有較高熱穩定性的差比物(如α-Al2O3)分別放入兩個小的坩堝，置于加熱爐中升溫。如在升溫過程中試樣沒有熱效應，則試樣與差比物之間的溫度差△T為零;而如果試樣在某溫度下有熱效應，則試樣溫度上升的速率會發生變化，與參比物相比會產生溫度差△T。把T和△T轉變為電信號，放大后用雙筆記錄儀記錄下來，分別對時間作圖，得△T-和T-t兩條曲線。

下圖所示的是理想狀況下的差熱曲線。圖中ab、de、gh分別對應于試樣與參比物沒有溫度差時的情況，稱為基線，而bcd和efg分別為差熱峰。差熱曲線中峰的數目、位置、方向、高度、寬度和面積等均具有一定的意義。比如，峰的數目表示在測溫范圍內試樣發生變化的次數;峰的位置對應于試樣發生變化的溫度;峰的方向則指示變化是吸熱還是放熱;峰的面積表示熱效應的大小等。因此，根據差熱曲線的情況就可以對試樣進行具體分析，得出有關信息。

差熱曲線和試樣

在峰面積的測量中，峰前后基線在一條直線上時，可以按照三角形的方法求算面積。但是更多的時候，基線并不一定和時間軸平行，峰前后的基線也不一定在同一直線上(見下圖)。此時可以按照作切線的方法確定峰的起點、終點和峰面積。另外，還可以采取剪下峰稱重，以重量代替面積(即剪紙稱量法)。

測定面積的方法

(2)影響差熱分析的因素

差熱分析是一種動態分析技術，影響差熱分析結果的因素較多。主要有以下幾種。

①升溫速率

升溫速率對差熱曲線有重大影響，常常影響峰的形狀、分辨率和峰所對應的溫度值。比如當升溫速率較低時基線漂移較小、分辨率較高、可分辨距離很近的峰，但測定時間相對較長;而升溫速率高時，基線漂移嚴重，分辨率較低，但測試時間較短。

② 試樣

樣品的顆粒一般大約在200目左右，用量則與熱效應和峰間距有關。樣品粒度的大小、用量的多少都對分析有著很大的影響，甚至連裝樣的均勻性也會影響到實驗的結果。

③稀釋劑的影響

稀釋劑是指在試樣中加入一種與試樣不發生任何反應的惰性物質，常常是參比物質。稀釋劑的加入使樣品與參比物的熱容相近，能有助于改善基線的穩定性，提高檢出靈敏度，但同時也會降低峰的面積。

④氣氛與壓力

許多測定受加熱爐中氣氛及壓力的影響較大，如CaC2O4·H2O在氮氣和空氣氣氛下分解時曲線是不同的。在氮氣氣氛下CaC2O4·H2O第二步熱解時會分解出CO氣體，產生吸熱峰，而在空氣氣氛下熱解時放出的CO會被氧化，同時放出熱量呈現放熱峰。

除了以上因素外，走紙速率、差熱量程等均對差熱曲線有一定的影響。因此在運用差熱分析方法研究體系時，必須認真查閱文獻，審閱體系，找出合適的實驗條件方可進行測試。