熱分析儀器到底有有哪些？今天就來(lái)談?wù)剘常用的有熱重分析儀與差示掃描量熱儀。下面介紹下這兩者的結(jié)構(gòu)組成與操作。
1、熱重分析儀
現(xiàn)代的TG儀器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除了基本的加熱爐體與高精度天平外，還有電子控制部分、軟件，以及一系列的輔助設(shè)備。如下圖所示為NetzschTG209F3的結(jié)構(gòu)示意圖：
圖中可以看到保護(hù)氣（protectivegas）和吹掃氣（purgegas），其中保護(hù)氣通常使用惰性的N2，經(jīng)天平室（Weighingchamber）、支架連接區(qū)而通入爐體，可以使天平處于穩(wěn)定而干燥的工作環(huán)境，防止潮濕水氣、熱空氣對(duì)流以及樣品分解污染物對(duì)天平造成影響。儀器允許同時(shí)連接兩種不同的吹掃氣類型（purge1，purge2），并根據(jù)需要在測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)切換或相互混合。常見(jiàn)的接法是其中一路連接N2作為惰性吹掃氣氛，應(yīng)用于常規(guī)應(yīng)用；另一路連接空氣，作為氧化性氣氛使用。在氣體控制附件方面，可以配備傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁閥，也可配備精度與自動(dòng)化程度更高的質(zhì)量流量計(jì)（MFC）。
氣體出口（Gasoutlet）位于儀器頂部，可以將載氣與氣態(tài)產(chǎn)物排放到大氣中，也可使用加熱的傳輸管線進(jìn)一步連接FTIR、QMS、GC-MS等系統(tǒng)，將產(chǎn)物氣體輸送到這些儀器中進(jìn)行成分檢測(cè)。儀器的頂部裝樣結(jié)構(gòu)與自然流暢的氣路設(shè)計(jì)，使得載氣流量小、產(chǎn)物氣體濃度高、信號(hào)滯后小，非常有利于與這些系統(tǒng)相聯(lián)用，進(jìn)行逸出氣體成分的有效分析。
儀器配備有恒溫水浴（thermostaticcontrol），將爐體與天平兩個(gè)部分相隔離，可以有效防止當(dāng)爐體處于高溫時(shí)熱量傳導(dǎo)到天平模塊。再加上由下而上持續(xù)吹掃的保護(hù)氣體防止了熱空氣對(duì)流造成的熱量傳遞，以及樣品支架（sampleholder）周?chē)姆垒椛淦╮adiationshields）隔離了高溫環(huán)境下的熱輻射因素，種種措施充分保證了高精度天平處于穩(wěn)定的溫度環(huán)境下，不受高溫區(qū)的干擾，確保了熱重信號(hào)的穩(wěn)定性。
2、差示掃描量熱儀
現(xiàn)代的DSC儀器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除了基本的加熱爐體與傳感器外，還有電子控制部分、軟件，以及一系列的輔助設(shè)備。如下圖所示為NetzschDSC204F1的結(jié)構(gòu)示意圖：
圖中可以看到保護(hù)氣（protectivegas）和吹掃氣（purgegas），其中保護(hù)氣通常使用惰性的N2，在爐體外圍通過(guò)，能夠起到保護(hù)加熱體、延長(zhǎng)使用壽命，以及防止?fàn)t體外圍在低溫下結(jié)霜的作用。儀器允許同時(shí)連接兩種不同的吹掃氣類型，并根據(jù)需要在測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)切換或相互混合。常規(guī)的接法是其中一路連接N2作為惰性吹掃氣氛，應(yīng)用于常規(guī)應(yīng)用；另一路連接空氣或O2，作為氧化性氣氛使用。在氣體控制附件方面，可以配備傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁閥，也可配備精度與自動(dòng)化程度更高的質(zhì)量流量計(jì)（MFC）。
儀器可以連接三種不同類型的冷卻設(shè)備。一種是液氮系統(tǒng)LN2/GN2cooling），一種是機(jī)械制冷（circulatingcooling或intracooler），還有一種是壓縮空氣冷卻（coolingair）。這三種冷卻方式各有不同的特點(diǎn)和適合的應(yīng)用場(chǎng)合。壓縮空氣較為簡(jiǎn)易，冷卻溫度為常溫，適合于不需要低溫應(yīng)用的場(chǎng)合（如塑料、熱固性樹(shù)脂行業(yè)等），也常被用于作為測(cè)量結(jié)束后的自動(dòng)冷卻，使?fàn)t體冷卻到常溫，便于加入下一樣品；液氮系統(tǒng)與機(jī)械制冷相比，液氮的優(yōu)點(diǎn)在于冷卻速度更快，能夠冷到更低的溫度（-180℃左右），缺點(diǎn)在于液氮本身為消耗品，用完后需要補(bǔ)充，存在耗材費(fèi)用的因素；而機(jī)械制冷在冷卻速率與極限溫度方面遜于液氮，但后續(xù)基本無(wú)耗材因素，可以一直使用，這是其優(yōu)點(diǎn)所在。
影響熱分析測(cè)量的實(shí)驗(yàn)因素有哪些？
1、升溫速率對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
升溫速率對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果有明顯的影響，總體來(lái)說(shuō)，可概括為以下幾點(diǎn)。
（1）對(duì)于以TG，DSC曲線表示的試樣的某種反應(yīng)，提高升溫速率通常是使反應(yīng)的起始溫度Ti，峰溫Tp和終止溫度Tf增高。快速升溫，使得反應(yīng)尚未來(lái)得及進(jìn)行，便進(jìn)入更高的溫度，總成反應(yīng)滯后（如上圖）。
（2）快速升溫是將反應(yīng)推向在高溫區(qū)以更快的速度進(jìn)行，即不僅使DSC曲線的峰溫Tp升高，且峰幅度變窄，呈尖高峰（如上圖）。
2、試樣用量與粒度對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)的影響
少量試樣有利于氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散和試樣內(nèi)部溫度的均衡，減小溫度梯度，降低試樣溫度與環(huán)境線性升溫的偏差，這是由于試樣的吸、放熱效應(yīng)而引起的。實(shí)驗(yàn)證明，峰面積尚與試樣粒度有關(guān)，粒子越小，DSC曲線放熱峰的面積越大。另外，堆砌松散的試樣顆粒之間有空隙，使試樣導(dǎo)熱變差，而顆粒越小，越可堆得緊密，導(dǎo)熱良好。不管試樣的粒度如何，度企鵝密度不是很容易重復(fù)的，也會(huì)影響TG曲線形貌特征。
3、氣氛對(duì)熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
對(duì)于形成氣體產(chǎn)物的反應(yīng)，如不將氣體產(chǎn)物及時(shí)排除，或通過(guò)其他方式提高氣氛中氣體產(chǎn)物的分壓，會(huì)使反應(yīng)向高溫移動(dòng)。氣氛氣的導(dǎo)熱性良好，有利于向體系提供更充分的熱量，提高分解反應(yīng)的速率。氬、氮和氦這三種惰性氣體導(dǎo)熱率與溫度的關(guān)系是依次遞增的。
