差热分析仪是一种在程序控温下,通过测量物质与参比物之间的温度差与温度或时间的关系,来分析材料物理和化学变化的重要热分析仪器。其核心工作原理是:在加热或冷却过程中,当样品发生熔化、结晶、相变、分解等物理或化学反应时,会伴随吸热或放热效应。仪器通过高灵敏度的温差热电偶,实时记录样品与惰性参比物之间的微小温差,从而绘制出差热曲线(DTA曲线)。
一、实验前期准备
1.环境与设备检查
仪器放置区域保持平稳,无震动、无直吹气流、远离空压机、电机等电磁干扰设备;环境温度20~25℃,湿度45%~70%。
检查电源线、通讯线路、炉体连接线完好无破损;有水冷机型提前开启冷却水循环装置,保证水流稳定。
如需气氛实验(氮气、空气、氩气),打开气瓶减压阀,输出压力控制0.15~0.25MPa,检查管路无漏气;不使用气氛时关闭气阀。
准备耗材:专用陶瓷坩埚、坩埚钳、玛瑙研钵、分析天平、洗耳球、无水乙醇、α-Al₂O₃(三氧化二铝,通用参比物)。
2.样品预处理
固体粉末样品:充分研磨、过筛,去除大颗粒、结块,保证导热均匀;块状材料切割成细小碎片。
样品称量:常规称取3~10 mg;易膨胀、熔融流淌样品减量至2~5 mg,防止溢出污染热电偶与炉膛。
样品均匀平铺于坩埚底部,不要堆积在一侧;液体样品装填量不超过坩埚容积1/3。
参比坩埚装入等量参比物α-Al₂O₃,两只坩埚质量尽量接近,减少基线漂移。
二、开机、自检与预热
依次开启稳压电源→差热分析仪主机电源→启动电脑热分析工作站软件。
软件建立通讯连接,仪器自动执行自检;观察界面温度信号、差热信号无异常报警。
空载预热20~30 min,使加热炉、热电偶传感器温度趋于稳定。
长时间未使用、或炉膛存在残留物时,建议先进行一次空炉烘烤清理。
基线校准(重要):放入两只空坩埚,运行空白程序,校正基线,保存基线文件,降低系统误差。
三、装样操作(严禁高温开盖)
确认当前炉膛温度低于80℃,方可打开炉盖;高温状态禁止开启炉体,防止热电偶急冷损坏。
使用专用坩埚钳,轻拿轻放,禁止磕碰热电偶支座。
将参比坩埚放置参比端,样品坩埚放置样品端,坩埚底部与测温支座充分贴合。
缓慢闭合、锁紧炉盖,保证炉膛密封;防止气氛泄漏、冷空气持续进入。
四、测试程序参数设置
在软件新建测试方法,逐项填写参数:
样品信息:样品编号、名称、样品质量、坩埚类型、操作人员、实验日期。
温度程序(核心)
起始温度:一般低于样品首g热转变温度30~50℃;
终止温度:严禁超过仪器最高使用温度以及样品剧烈分解温度;
升温速率:常规选用5~10℃/min;追求高分辨率选3~5℃/min;快速筛查可用10~15℃/min;速率越快,峰温偏高、峰形变宽。
按需设置恒温段、降温程序。
气氛参数
惰性保护气氛(N₂/Ar)流量20~50 mL/min;氧化实验使用干燥空气;静态空气测试可关闭吹扫气。
设置曲线保存路径、数据采集频率,完整核对所有参数。
五、启动实验与运行期间监控
参数确认无误,点击开始运行,仪器按照设定程序自动升温并实时采集ΔT温差曲线。
实验全程做到:
禁止触碰仪器、敲击台面,避免曲线出现异常扰动尖峰;
不得中途调节气体流量;
密切观察曲线走势,若样品大量挥发、剧烈放热、冒烟,可紧急终止程序;
高温运行阶段炉体表面温度高,谨防烫伤。
程序结束后,仪器自动停止加热,进入自然冷却阶段。
六、取样与数据处理
必须等待炉膛温度降至100℃以下,方可打开炉盖;温度过高开盖极易损毁热电偶。
用坩埚钳取出两只坩埚,观察样品熔融、碳化、分解情况;清理坩埚残渣。
在软件中打开原始DTA曲线,完成数据分析:识别吸热峰、放热峰,读取起始转变温度、峰值温度、终止温度,计算峰面积热效应。
曲线图片、原始数据文件另存备份,导出实验报告。
七、关机规范操作
所有测试完成,确认炉温降至接近室温。
关闭吹扫气体钢瓶总阀,待管路余气排空后关闭减压阀。
有水冷机型延迟15~20 min再关闭冷却水,保护加热炉体。
退出热分析软件→关闭仪器主机电源→关闭稳压电源。
清理操作台、炉膛内散落粉末,做好仪器使用登记。
