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实验室分析仪器--影响热重分析结果的因素-气氛的影响

2022.2.06

气氛对热对热重结果有明显的影响。


对于有气体逸出的反应或试样与气氛的组分的反应,炉子气氛有显著的影响。从热力学看,一个有气体(例如二氧化碳)产生的反应,且处于该气体的一定分压下,只有当离解压力等于或超过该气体的分压时,分解反应才能发生。分压增高,离解温度移向更高温度。


每种物质只有在一定的压力、温度和气氛组成的条件下,才是稳定的。按照热力学第二定律,如果改变任一参量,体系就会发生变化,并将呈现一新的平衡态。利用DTA可以跟踪所有吸、放热反应,反应时的能量变化可能是一个或多个反应的结果。在实验过程,由于发生反应而使试样周围的气氛状态,即气氛的组成、分压有变化。因而可采用一种可控制的动态气氛,使气流通过炉子或直接通过试样。不过当样品支持器的形状比较复杂时,如欲观察试样在氮气下的热解等,则须预抽空,而后在较稳定的氮气流下进行实验。不然支持器死角残存的空气对结果有严重影响。


控制气有助于深入了解反应过程的本质。使用动态气氛更易于识别反应类型和释放的气体,以及对数据的定量处理。为防止试样飞溅,有时采用密封容器,这样就会有碍气体反应产物的扩散和逃散,使环境气氛不能充分接近试样。用一层惰性物质覆盖试样也会产生类似的效果。但目前有不少DTA实验是在非控制气氛,即直接在实验室气氛条件下进行的,这种气氛的水分、二氧化碳含量不是固定不变的,这对碳酸盐的分解温度可能有几十度的影响。因此,考虑所有这3个变量,即温度、压力和气相组成对反应的影响是十分重要的。


下面对气氛做简单的介绍:


1)静态气氛与动态气氛

若为静态气氛则产物的分压有更加明显的影响,使反应向高温移动,并且要受升温速率的影响;动态气氛则分压影响较小。


2)气氛的种类

气氛的种类可概括为


(1)空气 (最一般的氧化气氛)


(2)N2, Ar, He (惰性气氛)


(3)H2,CO (还原性气氛)


(4)O2 (强氧化性气氛)


(5)CO2 (从试样生成的,或与试样反应产生的)


(6)Cl2,F2等 (腐蚀性气体)


(7)水蒸气


(8)以上气体的混合气氛


(9)减压、真空、高压


3)气氛的流量 

改变实验的气氛条件应注意到如下各点:


(1)气氛与热电偶、试样容器及气路其它部件所用的材料是否有某种反应。


(2)要防止爆炸和中毒的危险。


(3)确认产物气对测定结果有严重影响,则应排出(特别是水蒸汽)。


(4)由于气氛气的热传导之差,炉内的温度分布和热传递特性是否有所改变。


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