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  • 發布時間:2022-02-06 13:40 原文鏈接: 實驗室分析儀器影響熱重分析結果的因素試樣容器

    坩堝是熱分析實驗的試樣容器,將樣品和爐體或傳感器分隔開。坩堝的物理性狀會影響測試的結果。對于一般的熱重分析實驗,應盡量使用少量試樣薄薄地攤在淺皿狀坩堝中,是過程免受擴散控制。


    坩堝種類多樣,不同的坩堝適用的情況不同。


    坩堝的種類主要有以下幾種


    (1)標準鋁坩堝。根據需要可以完全密封(抑制因為汽化、揮發或升華導致的吸熱峰),或者可以在蓋子上鉆孔以獲得自生成氣氛,或者完全自由交換的氣氛


    (2)輕鋁坩堝。這種坩堝有最小的信號時間常數,尤其是在與氦氣相結合的時候。它非常適合于將薄膜、片材或者粉末樣品壓在坩堝底部。坩堝與蓋子之間的縫隙形成了自生成氣氛然而如果在蓋子上鉆孔也可以獲得自由交換的氣氛


    (3)氧化鋁坩堝。這種坩堝非常適合于熱重測試,它可以測試到1600℃。清洗后它們可以重復使用。這種坩堝有帶孔的蓋子可以防止樣品沸騰濺出


    (4)銅坩堝。這種坩堝沒有蓋子。它是用于測試銅作為催化劑時的樣品氧化穩定性。通常銅坩堝用于聚烯烴的氧化誘導期(OI)測試


    (5)金坩堝。金是化學穩定的但是價格昂貴。經過長時間儲存,金坩堝表面會有一些沉淀,影響冷焊。為了解決這一問題,使用前可以將金坩堝加熱到約500℃。需要注意的是金屬樣品可能與金坩堝形成低共熔合金,可能會熔穿坩堝,倖坩堝粘在傳感器上損壞儀器。


    (6)鉑金坩堝。這種坩堝主要使用在測試溫度超過600℃的情況下,通常用于TGA測試或者同步DSC測試,鉑金坩堝可以測試到1600℃,需要注意的是金屬樣品可能與鉑金坩堝形成低共熔合金,可能會熔穿坩堝,清潔后,鉑金坩堝可以被重復使用


    (7)由不銹鋼制成的中壓坩堝,在蓋子內放一個O型圈,然后將樣品裝入坩堝。之后用壓片機將蓋子和坩堝密封,這種坩堝也可以開口使用,或者不使用O型圈時,坩堝內是自生成氣氛


    (8)由鍍金鋼制成的高壓坩堝。將一個柱塞壓到坩堝內,以便一個用于密封和爆破的隔膜可以輕輕地密封坩堝。然后用專用的密封壓片機進行密封,這坩堝已經被證明在安全研究領域非常有價值


    (9)可重復使用的壓力坩堝(鋼或鍍金鋼)。這種坩堝帶螺紋,用合適的工具很容易密封。測試后,坩堝可以被打開、清潔,然后可以重復使用20次,但每一次要使用一個新的鍍金的銅密封片


    下面是選擇坩堝的一些原則;


    (1) 在絕大多數情況下,坩堝應該與樣品之間不發生任何反應,但有時在某些特殊情況下希望坩堝材料對樣品起催化作用,如使用銅坩堝進行氧化誘導期(Or)測試,銅起到催化的作用,會加速氧化反應的發生


    (2)坩堝質量對峰的分辨能力有較大影響,坩堝質量越大分辨率越差,坩堝質量越小,分辨率越好。所以在可能的情況下,盡量使用質量較小的坩堝。圖


    (3)對于不含有揮發分的樣品,通常使用蓋子鉆孔的坩堝,對于含有揮發分的樣品,為了抑制揮發通常使用密封的坩堝,或者使用中壓坩堝。如果希望測試揮發分,則使用蓋子鉆孔的坩堝


    (4)高壓坩堝通常用于含能材料成者火炸藥樣品的測試,但近些年來,在藥物研發領域也經常使用高壓坩堝,研究劇烈的化學反應


    (5)TGA實驗要盡量使用淺皿的坩堝,以利于熱交換和產物向環境的擴散


    (6)盡量選擇熱容小和熱傳導性好的坩堝,這會使坩堝內的溫度梯度較小,熱容和傳導性會影響測試熱效應的分辨率和靈敏度


    (7)坩堝底部要比較平,這樣才可以使坩堝與傳感器之間的熱傳導較好,使傳感器、坩堝與樣品之間的溫度梯度較小


    (8)在測試的溫度范圍內。坩堝材料不能有任何物理轉變。其熔點必須移高


    (9)在整個測試的溫度范圍內始終保持固體,且不污染傳感器的樣品可以不使用坩堝進行測試,如4~5mm的金屬圓片或陶瓷材料 


    對于熱重分析坩堝的選擇可以有以下的選擇:


    (1)三氧化二鋁坩堝,在熱重分析實驗中是用的坩堝,它大多數樣品比較穩定,不與樣品發生反應,且在室溫到1600℃范圍內,三氧化二鋁沒有熱效應,三氧化二鋁坩堝的熔點超過1700℃,可以重復使用,但清洗過程復雜。


    (2)鉑金坩堝,鉑金坩堝也是可重復使用的坩堝。鉑金坩堝具有很好的導熱性能。但需要注意的是鉑有可能成為某些樣品的催化劑,所以使用前要仔細分析。鉑坩堝的熔點為1770℃,進行高溫測試時,鉑金坩堝可能與某些全屬及化合物形成低共熔合金,坩堝的熔點降低,導致坩堝粘在傳感器上,解決金屬樣品與鉑金坩堝形成合金這一問題,可以通過在鉑金坩堝底部加入一薄層α-氧化鋁粉末,然后將金屬樣品放在a氧化鋁粉末的上面。


    (3)鋁坩堝。鋁坩堝在TGA實驗中使用只能進行低溫實驗,最高溫度不能超過600℃,因為鋁坩堝的熔點為660℃,鋁坩堝的熱傳導很好,坩堝壁及底部均較薄,所以測試的同步DSC信號會較好,而且鋁坩堝可以很好地密封,所以對于希望用同步熱分析儀測試DSC結果時,且測試的溫度低于600℃,可以選擇鋁坩堝


    (4)藍寶石坩堝。藍寶石坩堝的成分也為三氧化二鋁,可重復使用。藍寶石坩堝具有更強的穩定性和阻隔性,尤其適合于測試在高溫下容易溶解和穿透普通氧化鋁坩堝的高熔點金屬。而普通陶瓷坩堝雖然成分也是三氧化二鋁,但其具有多孔結構,容易使熔體透過,藍寶石坩堝的熔點也超過1700℃


    (5)如果樣品發泡或者會從坩堝中濺出,要在坩堝上加帶孔的蓋。TGA測試期間,坩堝當然應該是開口的。但是在實際測試前將坩堝密封也是比較重要的,因為這樣可以防止樣品在測試前與空氣接觸,可以防止在實驗前樣品中的水分揮發,實驗開始前可以將坩堝立即鉆孔,再進行實驗,這一過程在自動進樣器上可以很好地完成。


    通常情況下TGA實驗使用的坩堝為70μL的氧化鋁坩堝,但有時熱重實驗也需要使用其他特殊的坩堝。



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