1、什么是比熱容?
在恒定的氣壓下,單位質(zhì)量的樣品溫度升高1K所吸收的熱量。
2、該方法依據(jù)什么原理?
將試樣與一已知比熱容的標準物質(zhì)(藍寶石,主要成分為Al2O3)在其他條件相同下進行溫度(線性增大)掃描,然后量出二者的縱坐標(DSC信號),根據(jù)下列公式進行計算。
由表可知在某溫度區(qū)間內(nèi)藍寶石的比熱容值很穩(wěn)定。公式如下:
由此可得:
Figure 1 典型DSC圖
先后進行三次測試:空白測試、藍寶石測試與試樣測試。每一條有樣品的DSC線都要減去空白測試曲線,再用試樣測試曲線DSC信號與已知的藍寶石DSC信號進行比較。
1為空白坩堝實驗,2為藍寶石校準實驗,3為試樣實驗。
表1 藍寶石不同溫度下的比熱容
溫度/(K) | 400 | 410 | 420 | 430 | 440 | 450 | 460 |
比熱容/(J/g·K) | 0.9423 | 0.9544 | 0.966 | 0.977 | 0.9875 | 0.9975 | 1.007 |
溫度/(K) | 470 | 480 | 490 | 500 | 510 | 520 | 530 |
比熱容/(J/g·k) | 1.016 | 1.025 | 1.033 | 1.0408 | 1.0484 | 1.0556 | 1.0626 |
由表可知在某溫度區(qū)間內(nèi)藍寶石的比熱容值很穩(wěn)定。
如圖,縱坐標的值即為上式中的DSC/(mW/mg),橫坐標為溫度/℃(絕對零度0K= -273.15℃,升高1K即升高1℃,所以273.15K=0℃)
3、相關(guān)標準
ISO 11357-4:2014,GB/T 19466.4-2016以及ASTM E1269-11。
4、實驗儀器
差示掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimeter,簡稱DSC),型號DSC 214,配套人工藍寶石圓片(α-Al2O3),鋁制坩堝以及液氮制冷系統(tǒng)等。
5、適用范圍
在實驗過程中的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生相變與化學反應(yīng)的固體或者液體。
6、藍寶石法測試要求
坩堝選擇:三套有蓋坩堝,坩堝材質(zhì)為純Al。不同樣品坩堝質(zhì)量應(yīng)盡可能相同,總質(zhì)量偏差不超過0.1mg。
樣品要求:在測試過程中無相變與化學反應(yīng)。
實驗要求:對儀器所給的恒溫下熱流對時間(或溫度)的基線斜率進行調(diào)整 , 使等溫基線Ⅰ和Ⅱ處于同一條水平線上[2];
由于實驗中存在各種影響因素導致測試結(jié)果不夠精確,根據(jù)上述測試要求中所列的內(nèi)容提出以下可能存在的影響因素:
1、熱傳導差的試樣誤差較大。因此盡量減小該種類的試樣體積或者質(zhì)量,還可通過適當降低升溫速率,使試樣充分受熱;
2、每段測試段長度不宜超過200℃,越小越好,過長可分段,中間保持數(shù)分鐘等溫狀態(tài);
3、坩堝質(zhì)量不同。坩堝質(zhì)量不同會導致其工作基線校準有誤,或者使標準樣品與試樣的DSC線存在誤差,因此盡量使實驗中的坩堝質(zhì)量都相同;
4、試樣與藍寶石質(zhì)量不宜相差過大,否則有可能使結(jié)果產(chǎn)生較大誤差;
5、確保試樣與藍寶石在坩堝中以及坩堝在爐池中的位置都在正中央,否則藍寶石偏離坩堝中心將可能導致測定結(jié)果偏大[3]。
7、參考文獻
[1] GB/T 19466.4-2016 塑料 差式掃描熱法(DSC) 第4部分:比熱容的測定[S]
[2] 李文波等,差示掃描量熱儀測定比熱容方法的改進,高等學校化學學報[J],2005,26:2310-2313
[3] 張玉華等,DSC法測定潤滑油產(chǎn)品比熱容影響因素的研究,石油商計,2013,31(4):72-75
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