无机非金属材料工程测试方法实验 - 图文 - 下载本文

的一种技术。差热分析曲线描述了样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。

三、主要仪器及耗材

主要仪器:Diamond TG/DTA热分析仪 主要耗材:CuSO4·5H2O晶体或草酸钙晶体

四、实验内容和步骤

1、样品制备

2、热分析仪的操作 2.1 开机操作 2.2 仪器的调试 3、测试结果的分析

五、数据处理与分析

热重实验曲线解析: 在热重试验中,试样质量W作为温度T或时间t的函数被连续地记录下来,TG曲线表示加热过程中样品失重累积量,为积分型曲线;DTG曲线是TG曲线对温度或时间的一阶导数,即质量变化率,dW/dT 或 dW/dt。

DTG曲线上出现的峰指示质量发生变化,峰的面积与试样的质量变化成正比,峰顶与失重变化速率最大处相对应。

TG曲线上质量基本不变的部分称为平台,两平台之间的部分称为台阶。B点所对应的温度Ti是指累积质量变化达到能被热天平检测出的温度,称之为反应起始温度。C点所对应的温度Tf是指累积质量变化达到最大的温度(TG已检测不出质量的继续变化),称之为反应终了温度。

反应起始温度Ti和反应终了温度Tf之间的温度区间称反应区间。亦可将G点取作Ti或以失重达到某一预定值(5%、10%等)时的温度作为Ti,将H点取作Tf。Tp表示最大失重速率温度,对应DTG曲线的峰顶温度。

差热曲线解析:

下图为实际的放热峰。反应起始点为A,温度为Ti;B为峰顶,温度为Tm,主要反应结束于此,但反应全部终止实际是C,温度为Tf。

BD为峰高,表示试样与参比物之间最大温差。ABC所包围的面积称为峰面积。

六、实验注意事项

1、根据样品性质选择合适的保护气体和气流; 2、根据样品性质选择合适的升温区间和升温速率; 3、选择合适的样品粒度;

4、根据样品性质选择合适的坩锅,对硫酸盐,高氯酸盐等不能用钵金坩锅;

4、如果需要准确的DTA数据,最好用Pt坩锅而不要用陶瓷坩锅; 5、样品用量不能太多,一般为3-5mg。

七、思考题

1、升温所率对测试结果有和影响? 2、气流大小对测试结果有和影响? 3、样品粒度对测试结果有何影响? 4、如何准确的判读曲线?

实验五 光谱分析实验

一、实验目的

1、了解红外光谱仪的结构和工作原理 2、掌握试样的处理和制备

3、掌握红外光谱仪的应用和分析方法

二、实验原理

红外光谱与分子的结构密切相关,是研究表征分子结构的一种有效手段,与其它方法相比较,红外光谱由于对样品没有任何限制,它是公认的一种重要分析工具。在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。

红外光谱可以研究分子的结构和化学键,如力常数的测定和分子对称性等,利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角,并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱,由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化,因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基,氰基,羟基,胺基等等在红外光谱中都有特征吸收,通过红外光谱测定,人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团,这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。由于分子内和分子间相互作用,有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化,这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子,不同的分子的振动方式彼此不同,这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性,称为指纹区。利用这一特点,人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱,并把它们存入计算机中,编成红外光谱标准谱图库。人们只需把测得未知物的红外光谱与标准谱图库中的光谱进行比对,就可以迅速判定未知化合物的成份。

当代红外光谱技术的发展已使红外光谱的意义远远超越了对样品进行简单的常规测试并从而推断化合物的组成的阶段。红外光谱仪与其它多种测试手段联用衍生出许多新的分子光谱领域,例如,色谱技术与红外光谱仪联合为深化认识复杂的混合物体系中各种组份的化学结构创造了机会;把红外光谱仪与显微镜方法结合起来,形成红外成像技术,用于研究非均相体系的形态结构,由于红外光谱能利用其特征谱带有效地区分不同化合物,这使得该方法具有其它方法难以匹敌的化学反差。另外,随着电子技术的日益进步,半导体检测器已实现集成化,焦平面阵列式检测器已商品化,它有效地推动了红外成像技术的发展,也为未来发展非傅里叶变换红外光谱仪创造了契机。随着同步辐射技术的发展和广泛应用,现已出现用同步辐射光作为光源的红外光谱仪,由于同步辐射光的强度比常规光源高五个数量级,这能有效地提高光谱的信噪比和分辨率,特别值得指出的

是,近年来自由电子激光技术为人们提供了一种单色性好,亮度高,波长连续可调的新型红外光源,使之与近场技术相结合,可使得红外成像技无论是在分辨率和化学反差两方面皆得到有效提高。

三、主要仪器及耗材 主要仪器:红外光谱仪

主要耗材:光谱纯KBr和有机苯甲酸样品

四、实验内容和步骤

1、 利用固体压片法制备红外光谱分析的样品 2、 光谱仪的操作 2.1 开机步骤 2.2 仪器调试 2.3 关机步骤

3、 对样品进行定性定量分析 3.1 定性分析

3.2 定量分析

五、数据处理与分析

近红外光谱分析必须借助于各种相应的数学模型,分析的关键是建立预测效果优秀的数学模型。数学模型预测样品的效果决定于建模所用数据,以及(用算法)对建模数据中信息的充分提取。NIR分析大致有一半的误差来自于建模数据。因此优化建模数据在NIR分析中具有特殊的意义。

近红外光谱分析需要从样品复杂的光谱中提取有关的信息,这些信息包括两部分:样品光谱中关于待测量的定性或定量信息,以及与待测量信息重叠在一起的、确定的、因此是可以通过模型加以校正的背景信息;由于分析过程必须把背景的信息加以校正后才能提取待测量的信息,因此待测量信息和能确定的背景信息这两部分信息合在一起都是近红外光谱分析需要的有效信息。另外,每个光谱数据除了包含有效信息以外还包含测量误差等不确定的、难以校正的、干扰测定的无效信息或称干扰信息,分析过程根据这两部分有效信息通过数学处理消除干扰信息,才能完成分析。

建模过程应用的光谱数据越多,得到的有效信息就可能越多,预测误差减少、预测准确度也得以提高。这就使模型在不同时间与空间的稳定性得以提高;另一方面,建模过程中每引入一个光谱数据的同时会带来影响提取有效信息的干扰信息,使模型的预测误差增加、测定准确度下降。组成建模数据的两个部分:建模样品光谱的数目与每个光谱包含的数据点(谱区的前处理都应符合“少而精”,且有一个最佳值,即有效信息率最高点。优化建模数据的目标就是确定或接近该最佳点,使数学模型的预测效果达到或接近最佳值。优秀的软件应能辅助确定数学模型的最佳参数。

建模数据也就是建立数学模型所用校正样品集。校正样品集包括直接用于建

立模型的建模样品集与检验模型的检验样品集。现代NIR分析包括一系列优化校正样品集光谱的技术,包括建模集与检验集的分割,优化校正样品集总体的样品组成以及优化各样品的光谱两个方面,如对建模样品集光谱的各种前处理方法,优化选择用于建立数学模型的谱区以及优化选择各种NIR定量分析算法的最佳参数等等多种多样的处理技术,由上节可知这些前处理技术的本质都是压缩和恢复,目标都是提高建模数据的有效信息率。 近红外光谱分析建模数据的各种前处理技术,以及这些技术针对解决的问题见下图。

六、实验注意事项

1、样品与KBr的比例以1:100合适; 2、保持室内气温在20oC和湿度小于50%为宜;

七、思考题

1、样品如果没有干燥,会对分析结果有何影响? 2、怎样判断样品中是否含有大量的结晶水?

3、样品跟KBr的比例如果过高,会造成什么样的影响?