质谱联用法做陶瓷材料的热分析

发布时间：

2023-03-30 14:59

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热分析（thermal analysis），在程序控温和一定气氛下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。常用的热分析仪主要有热重仪、差示扫描量热仪、同步热分析仪、热机械分析仪、热膨胀仪、动态机械仪等。

质谱法（mass spectrometry），分离和记录离子化的原子或分子的方法。质谱仪一般是由离子源、质量分析器、离子检测系统3个主要部分和进样系统、真空系统两个辅助部分组成。样品分子由进样系统导人离子源，在离子源中以某种方式电离成为分子离子，同时也可能伴随着碎裂，生成各种碎片离子。这些离子经过加速电极加速，以一定速度进人质量分析器，按质荷比（m/z）大小被分离后，依次达到离子检测器被检测，检测它们的强度。这里质荷比（m/z)是离子的质量（m)与其所带的电荷（z）之比，m以原子量质量单位（amu)计算，z以电子电量为单位计算。

仪器设备

图1 热分析-质谱联用装置组成示意图

图1联用装置由热重分析仪（TG)和同步热分析仪（STA)、质谱仪（MS)以及连接系统3部分组成。其中同步热分析仪包括热重-差热分析仪（TG-DTA)和热重-差示扫描量热仪（TG-DSC),主要由测量部分（炉体、传感器等）电子控制部分（温度控制系统和信号采集等）气氛控制系统（流量计等）软件系统等组成。质谱仪通常由进样器、离子源、分析器、真空系统及数据系统等构成。连接系统通常由输送管道、连接接口等组成，接口通常选用石英玻璃毛细管或不锈钢毛细管等。

热分析-质谱联用测量用的气氛

常用气体和纯度：He(≥99.99%)，N2（≥99.99%），Ar(≥99.99%)等。

试样和参比物

试样（specimen)是有待用于分析的一定量材料或制件。它应均匀和具有代表性，需与试样盘有良好的接触。试样的形状和大小应适应试样容器的要求。取样前应使样品均匀，粉末试样应尽量平铺在试样容器底部。固体样品可按仪器要求把试样置于试样容器中。参比物（referencematerial)是在测试温度范围为热惰性（无吸、放热效应）的物质，如α-Al2O3。

标准物质

选择的标准物质应在化学上足够稳定和惰性，在储存过程中没有变化，升温时不与坩埚材料反应、材料易得、所取的特征转变温度足够明显、分立和重复等。DTA/DSC仪温度和热焓校核用的标准物质参见附录A。TG仪温度校核采用具有特征分解温度的标准物质参见附录B。用于热分析-质谱联用功能校验用的试剂，选用CaC2O4•H2O或其他相应的合适试剂。

DTA、DSC测量精度和准确度检定

称取大约10mg标准金属Al（99.999%)置于氧化铝坩埚内，放到TG-DTA或者TG-DSC试样支架上，再将一个空的氧化铝坩埚放到参比支架上。通入Ar气，流量为30mL/min〜50mL/min，升温速率为10°C/min,从室温加热到700°C,按仪器操作规程，在计算机设定程序，选择上述DTA/DSC温度校正文件和DSC热焓校正文件，记录扫描曲线，分析试验结果，获得金属Al的熔融温度和熔融热焓值。重复上述试验两次，由各次所得的熔融温度和熔融热焓值，计算温度精度和准确度、热焓精度和准确度。其中两次测定熔融吸热峰的温度Tp和外推温度Ti温度差值为±3°C以内。两次测定的热焓相对差值为±5%以内。数值修约应符合GB/T8170的规定。

TG测量精度和准确度检定

按照仪器操作规程的要求，可以选择标准砝码或者标准物质来进行校正。选择标准砝码，放人在仪器质量计量范围内的标准砝码，读取所测质量值。并进行校正。选择标准物质，称取大约10mg标准物质（附录B)放人样品容器中。按设定的温度范围，进行程序升温，记录TG升温曲线，重复上述试验两次，由各次所得的特征分解温度值，计算TG温度精度和准确度。由所得的TG质量损失，测得值与理论计算的质量损失率相比较，计算TG测量精度和准确度。数值修约应符合GB/T8170的规定。

分析步骤

热分析-质谱联用测定方法分析步骤如下：

a)开机前准备：检查气路、电源；

b)按照仪器操作规程开机；

c)称量样品：将若干毫克待测样品置于TG-DTA或TG-DSC坩埚内，称重，并记录读数；

d)通入载气：载气流量视需要而定，流量通常为30mL/min〜50mL/min；

e)根据测试要求，在计算机上设定测量温度范围、升（降）温速率、气体流量和温度程控方式等试验

条件，具体设定方法参考不同仪器的使用说明书；

f)在计算机上设定好程序后，开始试验，记录TG、DTA/DSC、MS扫描曲线，分析试验结果。

陶瓷材料,热分析