量热与热分析（三）：差热分析（DTA）

差热分析的基本原理

      差热分析的分类

差热分析的影响因素

在差热分析实验过程中，所使用的气氛发挥着重要的作用，尤其是当样品在反应过程中有气体逸出时更是如此（与热重实验相似）。气氛类型（如氧化性、还原性和惰性气氛等）对DTA曲线的影响较大。可以被氧化的试样在氧化性气氛中会产生额外的氧化放热峰；惰性气氛可避免氧化干扰，适用于研究样品的分解等热效应。同时，气氛流量需稳定，流量过小无法及时排出反应气体，流量过大可能带走样品热量，均会影响温度差测量。

在实验时，不推荐使用体积非常大的样品进行DTA实验，除非是研究由许多不同颗粒尺寸的材料组成的块状样品。试样用量越多，内部传热所需的时间越长，形成的温度梯度越大，DTA峰形就会变宽，易使相邻两峰重叠，分辨率下降，温度滞后严重。用量过少则信号较弱，易受噪声干扰。一般根据样品热效应大小调整用量，通常在几毫克到几十毫克为宜。

另外，试样装填的均匀性和密实程度也会对得到的DTA曲线产生比较显著的影响。填装试样的疏松密实程度直接决定试样内部的导热、试样和坩埚间的热阻以及分解产物排出的难易程度。为了使实验结果更为准确有效，应选择适宜的装填方法，而且每次实验中试样填装的方式、稀释程度都应严格保持一致。

差热分析实验中所采用的坩埚材料通常有铝、α-Al₂O₃、石英和铂等。坩埚的材质和形状对曲线会产生不同程度的影响。在实验时所选择的坩埚的基本要求为：对试样、产物、气氛都是惰性的，并且不起催化作用。例如：对碱性物质（如Na₂CO₃），不能用玻璃、陶瓷类坩埚；含氟高聚物（如聚四氟乙烯）可与硅形成化合物，故也不能使用玻璃、陶瓷类坩埚；铂具有高热稳定性和抗腐蚀性，高温时常选用，但铂坩埚不适用于含有P、S和卤素的试样。另外Pt对许多有机、无机反应具有催化作用。

实验时所采用的温度变化速率会影响DTA曲线的峰的形状、位置和相邻峰的分辨率。温度变化速率越大，单位时间内产生的热效应变化越大，产生的温度差也越大，峰也就变得越尖锐。较高的温度变化速率也容易导致相邻两个峰重叠，分辨率下降。在较慢的温度变化速率下，基线漂移较小，使体系接近平衡条件时，将得到宽而弱的峰，可以使相邻两峰更好地分离，因而分辨率提高。但较慢的温度变化速率所需要的测定时间长，对仪器的灵敏度要求很高。

在差热分析中有时需要在试样中添加稀释剂，常用的稀释剂有参比物或其他惰性材料，添加稀释剂的目的主要有以下几方面：

(1) 改善基线；

(2) 防止试样烧结；

(3) 调节试样的热导性；

(4) 增加试样的透气性，以防试样喷溅；

(5) 配制不同浓度的试样。

对参比物的要求如下：

(1) 在所使用的温度范围内是热惰性的；

(2) 参比物与试样比热及热传导率相同或相近，这样DTA曲线基线漂移小。

      差热分析的应用领域

在材料的研究和开发中，差热分析可用于测定材料的相变温度，如金属材料的熔点、玻璃化转变温度等，这对于了解材料的性能和加工工艺具有重要意义。此外，差热分析还能研究材料的结晶行为，如结晶温度、结晶度等，为材料的制备和性能优化提供依据。

地质样品的热分析对于了解地质过程和矿物形成具有重要价值。差热分析可用于鉴别矿物种类，不同矿物具有独特的热效应特征，通过分析差热曲线可以对矿物进行定性分析。同时，它还能研究矿物的热稳定性，了解矿物在温度变化过程中的分解、相变等行为，为地质勘探和矿产资源的开发提供参考。

在医药研究中，差热分析可用于药物的质量控制。药物的纯度、结晶状态等会影响其疗效和稳定性，通过差热分析可以检测药物的相变温度、热稳定性等参数，判断药物的质量。例如，对于某些固体药物，其结晶形态的不同可能导致疗效的差异，差热分析能够快速鉴别药物的结晶状态。此外，差热分析还可用于研究药物与辅料之间的相互作用，为药物制剂的开发提供指导。

在食品行业，差热分析可用于食品的品质检测。如测定食品中的水分含量，食品中的水分在加热过程中会蒸发，产生吸热效应，通过差热曲线可以分析水分的蒸发温度和量。同时，差热分析还能研究食品的热稳定性，了解食品在加工和储存过程中的热变化，为食品的生产和保鲜提供科学依据。例如，在油脂有的研究中，通过差热分析可以确定油脂的氧化温度，评估油脂的稳定性和保质期。