差熱分析在物化實驗中的應用

阿曼·阿爾斯蘭(新疆維吾爾自治區食品藥品審評查驗中心，新疆 烏魯木齊 830002)

差熱分析在物化實驗中的應用

阿曼·阿爾斯蘭(新疆維吾爾自治區食品藥品審評查驗中心，新疆 烏魯木齊 830002)

作為便捷的實驗手段，熱分析技術在材料科學，生命科學，物理和化學領域得到廣泛應用，由于其具有適用溫度范圍廣，儀器耐用，價格適中等特點，被許多基礎物化實驗室用于熱力學和動力學方面的實驗手段。本文在物化實驗差熱分析的過程中以Zn3B2O6-ZnWO4為例，具體介紹如下。

差熱分析;二元相圖；物理化學

在日常生產以及化學、科研領域中，常借助物理化學相平衡這一知識點，以此解決精餾、溶解、以及冷凝等問題。同時，材料制備穩定性、熔化、熱處理工藝、結晶行為中，方面相圖和相平衡知識能夠在其中起到重要作用。通過幾何圖形來研究相平衡的變化規律，是許多科學領域必備的工具。

熱分析法繪制金屬相圖具有樣品量少、受環境影響小、可確定最低共熔物的組成、適用于相變潛熱較小或過程緩慢的系統等特點。相較于傳統實驗方法，避免了傳統實驗步驟頻繁，樣品攪拌不便，溫度傳感器探頭靈敏度不夠所導致的實驗效果不理想等現象。本文介紹差熱分析技術在物化實驗中應用的過程中，主要案例選用Zn3B2O6-ZnWO4二元相圖，分析如下。

1 基本構筑原理

圖1是二元體系差熱曲線(x=95)（內含Zn3B2O6和ZnWO4的），摩爾分數分別為0.95和0.05的，它形象直觀地表現出相態的變化過程。

通過對圖1的分析我們了解到：

a——b點之間并沒有發生明顯的相態變化，主要是因為這一過程屬于固態兩相區，因此，無吸收峰。

B——c點，固態物質漸漸發生形態變化，即熔化現象出現，在此期間，即三相共存狀態，并且吸熱峰現象明顯呈現。其中，三相共存溫度即圖像中c點所對應的溫度，如果溫度持續加熱，那么固態物質會完全以液相形態呈現，并由三相共存轉變為兩項共存。

d——e點，此階段，溫度并未停止加熱，固態物質形態變化越來越明顯，吸熱峰現象也會隨之出現。

f點，固體物質以液相狀態呈現，則最后一粒固相小時的溫度即e點溫度。

因為三相線與摩爾比為95 mol%Zn3B2O6+5 mol%ZnWO4組分的液相線十分接近，根據上述差熱曲線圖分析可知，兩個吸熱峰相對較近。

其他組成曲線分析方法與此相同。

圖2表現的是差異摩爾比在氮氣氣氛下混合體條件下的DTA曲線溫度變化。根據圖示顯示能夠看出，大部分曲線都出現了兩個吸熱峰，但這并不包括純Zn3B2O6（x=100）曲線、x=70組分曲線和純ZnWO4（x=0）曲線。其中，x=70的曲線吸熱峰數量能夠間接顯示其為低共熔混合物，x=0和x=100兩條曲線分別代表Zn3B2O6和ZnWO4的熔點。此外，第一個吸熱峰和第二個吸熱峰的位置對應溫度情況分別表現為：相同；液相點溫度不同。

2 儀器及實驗條件

儀器：德國差熱分析儀，型號為NETZSCH-STA449C，升溫速率為12 K/min。

條件：不同摩爾比樣品6個，每個樣品量≤10mg，參比物選為α-Al2O3物質。

3 結語

純Zn3B2O6（x=100）曲線、x=70組分、曲線純ZnWO4（x=0）曲線及從上圖顯示可知，吸熱峰僅為數量1，為Zn3B2O6和ZnWO4的熔點，分別是1054℃和1205℃，其余的曲線都出現了兩個，而且第一個吸熱峰位置所對應的溫度相同，為1007℃，此為共晶溫度。能夠證明這一混合物屬于最低共熔混合物的有力證明：X=70曲線僅在1007℃出現一個吸熱峰，即70mol%Zn3B2O6+30mol%ZnWO4第二個吸熱峰分別對應不同組成的液相點溫度，確定6個液相點，用平滑曲線鏈接，兩端分別封閉與，便可以繪制出Zn3B2O6-ZnWO4二元體系相圖。

[1]梁敬魁.相圖與相結構[M].北京：科學出版社，1993.

[2]印永嘉，李大珍.物理化學簡明教程[M].北京：高等教育出版社，1992.