實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理第25卷第1l期2008年11月Experimental Technology and Management化學(xué)實(shí)驗(yàn)熱分析儀的升級改造及在熱分析中的應(yīng)用張暉,柯曉康,章文偉,孫爾康(南京大學(xué)國家級化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,江蘇南京210093)摘要:介紹了用于大學(xué)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱分析儀的升級改造,主要是將傳統(tǒng)的水平臺式劃線記錄儀升級為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集工作站。通過使用配套軟件,實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)分析,并且給出具有豐富信息的系統(tǒng)分析報告,顯著提高了分析測試的可靠性與效率關(guān)鍵詞:熱分析儀;升級改造;計(jì)算機(jī)控制與分析;配合物中圖分類號:0657文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10024956(2008)11-0067-04The upgrade and reform of thermal analyzer in chemicalexperiments and its application in thermal analysisZHANG Hui, KE Xiao-kang, ZHANG Wen-wei, SUN Er-kangState Demonstration Center of Experimental Chemistry Teaching, Nanjing University, Nanjing 210093, China)Abstract: The upgrade and reform thermal analyzer(PCT-IA, Beijing Optical Instrument Company ) used in com-prehensive experimental chemistry are described. The conventional desk-top recorder was replaced by the advancedworkstation through which the thermal analysis can be computer-controlled. By means of the specially designed soft-ware,the post data processing is very convenient on the PC to present a complete report. The upgrade and reform im-prove the efficiency and consistency of thermal analysis in the comprehensive experimental chemistry programKey words: thermal analyzer; upgrade and reform; computer-control and analysis; coordination compound熱分析技術(shù)是測量物質(zhì)性質(zhì)隨溫度變化的一種專門的應(yīng)用軟件,在微機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的技術(shù)。其中熱重測量(TG)是在程序控制溫度詳細(xì)分析,并能給出系統(tǒng)報告。這不僅大大提高了下,測量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度變化的一種技術(shù);而差分析測試的效率與可靠性,同時也能使學(xué)生接觸到熱分析(DTA)是在程序控制溫度下,測量物質(zhì)與改進(jìn)的熱分析技術(shù)。通過在改造前后系統(tǒng)上對三草參比物之間的溫度差隨溫度變化的一種技術(shù)。TG-酸合鐵酸鉀的測量分析,比較了新老系統(tǒng)的測量特DTA可用于分析各類物質(zhì)在升、降溫過程中發(fā)生的點(diǎn)以及新系統(tǒng)所具有的優(yōu)越性。熱效應(yīng)(吸/放熱)以及質(zhì)量變化,從而給出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化與熱穩(wěn)定性等重要信息211實(shí)驗(yàn)儀器及升級改造近年來,隨著本科教學(xué)改革的深入,熱分析技PCT-1A型熱分析儀由北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)術(shù)已在本科生高年級的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)加以介紹。溫度范圍:室溫-1100℃,升溫速率可調(diào),溫度然而,用于本科教學(xué)的熱分析儀通常比較簡單控制方式為PID-可控硅,差熱量程為±10~1000般配以傳統(tǒng)的水平臺式三筆記錄儀,數(shù)據(jù)的后處理μV,測重量程為1-200mg。輸出記錄為橫河費(fèi)時,且精確度和重復(fù)性較差。為了克服這些缺3066記錄心可同時記錄DTA-TCT陷,我們在北京金信正數(shù)碼科技發(fā)展有限公司的幫曲線中國煤化工助下,對原有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了升級,并且用CNMH武差熱電偶檢測收稿日期:2007-12-26修改日期:2008-0407到的微伏級信號送入直流差熱放大器放大,再送入作者簡介:張暉(195-),女,北京市人,學(xué)士,工程師,研究記錄儀進(jìn)行采樣測量記錄。熱重測量方式:當(dāng)天平方向:綜合化學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)研究因試樣質(zhì)量變化而出現(xiàn)微小傾斜時,光電傳感器就實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理產(chǎn)生一個相應(yīng)極性的信號,送到測重放大器,再將據(jù)分析和處理,并給出系統(tǒng)分析報告。在圖1中給放大后的信號送入記錄儀進(jìn)行采樣測量記錄。溫度出了儀器升級改造前后的示意圖,圖2為升級后計(jì)測量式:測溫?zé)犭娕驾敵龅臒犭妱?先經(jīng)熱電偶冷算機(jī)控制的熱分析操作界面。端補(bǔ)償器,經(jīng)過冷端補(bǔ)償?shù)臏y溫電偶熱電勢經(jīng)處理后,送入記錄儀進(jìn)行采樣測量記錄。升級改造主要是將差熱電偶檢測到的微伏級信四SA軟件「微機(jī)號、光電傳感器產(chǎn)生的極性信號和測溫電偶的熱電勢先送入熱分析工作站,進(jìn)行信號放大,并且進(jìn)行電控機(jī)箱天平主機(jī)工作站A/D轉(zhuǎn)換,再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行采樣測量,并將熱信號放大AD轉(zhuǎn)換電勢的毫伏值轉(zhuǎn)換為攝氏溫度。在計(jì)算機(jī)上利用RSZ熱分析軟件,既可進(jìn)行熱分析參數(shù)的設(shè)置和熱分析數(shù)據(jù)的采樣記錄,同時也可利用該軟件進(jìn)行數(shù)1熱分析儀改造前后示意圖回步欺說定基本實(shí)鉆帶數(shù)|升參基術(shù)實(shí)參數(shù)團(tuán)升參數(shù)起采樣是度:[CC)采:(m1m-毫)試樣名稱作者姓名試樣序號試祥玉量階橢:1(升握:m+(CiaTA取信范圍深值A(chǔ)飲士V克ag促伏份分鐘w/tinl媽值度保時國游行采案,雨保數(shù)鬼溢分得到度量大值0cc定時聞廠穩(wěn)定的廠港環(huán)次數(shù)廠循環(huán)數(shù)圖2升級改造后微機(jī)控制熱分析操作界面2改造前后的樣品測量及比較所用氣氛是空氣,因此,第1階失重是脫去結(jié)晶水,而第2至第4階段的失重可能是脫去結(jié)晶水圖3中示出了改造前儀器測得的三草酸合鐵酸的三草酸合鐵酸鉀的連續(xù)分解,同時還包含分解鉀的熱分析結(jié)果,圖譜是由三筆記錄儀記錄所得。產(chǎn)物的氧化。例如,第2階段的失重生成碳酸由圖可見,失重百分?jǐn)?shù)需要通過數(shù)記錄紙的小方格鉀、草酸鉀以及草酸亞鐵,放出CO2;第3以及而獲得。另外,相對于熱重曲線,DTA曲線與溫第4階段,草酸鉀以及草酸亞鐵進(jìn)一步分解為碳度程升線需要進(jìn)行位移調(diào)整,才能使TG-DTA曲酸鉀與碳酸亞鐵,而碳酸亞鐵又可進(jìn)一步分解、線對應(yīng)于準(zhǔn)確的溫度值。溫度值需由升溫速率的大氧化生成氧化鐵“。在惰性氣氛中三草酸合鐵酸小,再通過數(shù)記錄紙縱向格數(shù)獲得。由此可見,數(shù)鉀的分解過程雖然也分為3個階段,但分解溫度據(jù)分析和處理過程相當(dāng)繁瑣、耗時,而且分析結(jié)果區(qū)間比空氣氛中的區(qū)間明顯降低,而且相應(yīng)的失帶有一定的主觀性。重百分?jǐn)?shù)也不一樣,這是由于它在2種氣氛中的由圖3可見,第1個失重臺階位于65~153分解產(chǎn)物不同所致?！?失重百分?jǐn)?shù)為9.9%;第2個失重臺階位于在改造后的熱分析儀上首先進(jìn)行了標(biāo)樣草酸鈣249-303℃,失重百分?jǐn)?shù)為14.%;:第3個失的測不中國煤化工驗(yàn)TG與DTA分重臺階位于303~331℃,失重百分?jǐn)?shù)為9.5%析的CNMH定了三草酸合鐵第4個失重臺階位于331-390℃,失重百分?jǐn)?shù)酸鉀的熱分解打?yàn)?。圖4所示的是相應(yīng)的熱分析系為.0%。從DTA曲線來看,第1階段失重是吸統(tǒng)報告。在這個報告中,含有豐富的信息,報告中熱的,而后面3個階段的失重都是放熱的。由于示出了試樣序號、試樣名稱、試樣重量、加熱速張暉,等:化學(xué)實(shí)驗(yàn)熱分析儀的升級改造及在熱分析中的應(yīng)用69圖3改造前熱分析儀顯示的三草酸合鐵酸鉀的熱分析譜圖率、實(shí)驗(yàn)時間、實(shí)驗(yàn)人員、TG-DTG-DTA的單重百分率為13.0%;第3個失重臺階的絕對失重位等重要信息?？v坐標(biāo)包括DTA,DTG,以及TG量為0.94mg,對應(yīng)的失重百分率為10.9%;第4的標(biāo)尺,橫坐標(biāo)為時間標(biāo)尺(也可以直接給出溫個失重臺階的絕對失重量為0.65mg,對應(yīng)的失重度標(biāo)尺)。報告給出了4個失重階段的樣品失重絕百分率為76%。改造前后由熱分析儀得到的DTA對值(DW,單位mg)、失重百分?jǐn)?shù)和失重階段的峰溫值之比較見表1。由RSZ軟件還可以獲得測量計(jì)算范圍。在DTA曲線上可標(biāo)出吸/放熱峰的位置數(shù)據(jù)文件,再使用 Origin繪圖軟件作圖,得圖5所及相應(yīng)的溫度值。圖4中第1個失重臺階的絕對失示結(jié)果。由表1的數(shù)據(jù)可知,改造前后的儀器的測重量為0.89mg,對應(yīng)的失重百分率為10.4%;第量結(jié)果是比較吻合的。改造后的儀器所具有的數(shù)據(jù)2個失重臺階的絕對失重量為1.12mg,對應(yīng)的失后處理能力還可以讓學(xué)生創(chuàng)建電子版的實(shí)驗(yàn)報告。市市一4一清VL中國煤化工CNMHG圖4改造后熱分析儀上得到的三草酸合鐵酸鉀的熱分析系統(tǒng)報告實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理表1改造前后熱分析儀的測量結(jié)果比較3結(jié)束語改造前峰溫/℃改造后峰溫/℃通過對熱分析儀的升級改造,顯著地改善了儀器的操控性,并且提高了數(shù)據(jù)處理能力和精度。通過對代表性樣品對比測試表明,兩者的結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了升級改造后儀器的可靠性。升級改造后的儀器提高了本科生綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,取得了滿意的教學(xué)效果。參考文獻(xiàn)( References)[1]于伯齡,姜膠東.實(shí)用熱分析[M].北京:紡織工業(yè)出版[2]陸呂偉,奚同庚熱分析質(zhì)譜法[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,20023]王伯康.綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].南京:南京大學(xué)出版社68-270[4]任顏衛(wèi),王偉,李珺,等.Cr(Ⅲ),Fe(Ⅲ),AI(Ⅲ),Cu(Ⅱ)草酸配合物熱分析研究[J].西北大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)圖5用 origin軟件處理得到的三草酸合鐵版,2004,34(2):177-18酸鉀的TG-DTA曲線w/rererrtntmrr(上接第56頁)實(shí)驗(yàn)軟件中加入了激光器亮度可調(diào)節(jié)和圖像二結(jié)束語值化閾值可調(diào)節(jié)的功能。激光器亮度不同,攝像機(jī)視覺檢測技術(shù)是測控技術(shù)與儀器、光學(xué)工程等攝取的圓孔圖像的灰度不同,二值化圖像處理時閾專業(yè)的本科生和研究生的重要授課內(nèi)容,視覺圖像值的選取就會影響處理的效果。激光器亮度和圖像測量教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)有助于培養(yǎng)學(xué)生了解視覺二值化閾值可調(diào)節(jié)有助于學(xué)生感受不同灰度、不同圖像檢測的基本概念,掌握攝像機(jī)標(biāo)定、數(shù)字圖像閾值對圖像處理的不同影響。處理基本方法。本文詳細(xì)介紹了單目攝像機(jī)標(biāo)定、表3和表4分別給出了標(biāo)稱直徑為25mm的雙目攝像機(jī)標(biāo)定和測量圓孔直徑3個實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)圓孔測量數(shù)據(jù),計(jì)算可得圓孔直徑為24.75根據(jù)需要,在本套裝置的基礎(chǔ)上,添加一維電mm,測量誤差在0.3mm內(nèi)。控平移臺或電控旋轉(zhuǎn)臺,關(guān)閉一個激光器,可實(shí)現(xiàn)表3左、右像面特征點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)值物體外形三維激光掃描測量實(shí)驗(yàn)。參數(shù)左像面上點(diǎn)左像面下點(diǎn)左像面左點(diǎn)左像面右點(diǎn)參考文獻(xiàn)( References):[1] Roger Y Tsai. A versatile camera calibration technique for high-ac215curacy 3D machine vision metrology using off the-shelf TV參數(shù)右像面上點(diǎn)右像面下點(diǎn)右像面左點(diǎn)右像面上點(diǎn)and lenses[C]. Proceedings of IEEE Conference on Computer Vi-sion and Pattern Recognition, Miami Beach, FL, 1986: 364-374.308235[2]張廣軍機(jī)器視覺[M].北京:科學(xué)出版社,200[3]孫長庫,葉聲華.激光測量技術(shù)[M].天津:天津大學(xué)出版表4計(jì)算得到的圓孔特征點(diǎn)及圓心世界坐標(biāo)值mm參數(shù)圓孔上點(diǎn)圓孔下點(diǎn)圓孔左點(diǎn)圓孔右點(diǎn)園心坐標(biāo)中國煤化工學(xué)出版社,19917.085.18CNMHG北京:清華大學(xué)出版Y2.2322.259.45[6]艾海舟圖象處理分析與機(jī)器視覺[M].北京:人民郵電出版z.316.81317.00323.98311.98317.76