全自動(dòng)量熱反應(yīng)釜|量熱儀

原理：

量熱法是測(cè)量各種過(guò)程中所涉及的熱量和熱容量（例如，化學(xué)反應(yīng)熱、相變潛熱等）的方法。實(shí)際測(cè)量中，大多數(shù)情況是測(cè)量系統(tǒng)吸收熱量后溫度的變化。常溫下的測(cè)量用等溫量熱計(jì)或非等溫量熱計(jì)。測(cè)量溫度不同的物體相互接觸時(shí)吸收或放出的熱量，用非等溫量熱計(jì)量出其溫度變化的數(shù)值。

根據(jù)熱力學(xué)*定律，系統(tǒng)中內(nèi)能的變化等于對(duì)外界所做的功，在恒容條件下，其絕熱功為ΔU=QV；在恒壓條件下，ΔH=QP。系統(tǒng)的內(nèi)能U和焓H都是不可能測(cè)定的量，但是系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)2之間的內(nèi)能差ΔU和焓差ΔH可以用量熱的方法測(cè)得。

量熱是使欲測(cè)定的反應(yīng)在熱容量已知的儀器-量熱計(jì)中進(jìn)行，從反應(yīng)過(guò)程中量熱計(jì)溫度的變化來(lái)量度反應(yīng)的熱效應(yīng)，即將熱當(dāng)量K乘以溫度變化值，由此就可直接得出反應(yīng)的熱效應(yīng)（Q=KΔt）。因此，要測(cè)量的量是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的變化Δt和量熱計(jì)的熱當(dāng)量K，另外還需要準(zhǔn)確地確定參加反應(yīng)的物質(zhì)的數(shù)量和狀態(tài)。

測(cè)定放熱反應(yīng)熱原理示意圖

近代量熱方法的基本原理，主要是在一個(gè)量熱計(jì)內(nèi)，將一定量物質(zhì)在化學(xué)變化或物理變化中所吸收或放出的熱量，與一定量電能或已知反應(yīng)放出的熱量相比較，此原理可用上圖來(lái)說(shuō)明。圖中A代表量熱計(jì)的初態(tài)，溫度為tA。B代表量熱計(jì)的末態(tài)，溫度為tB。設(shè)一反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)一定量物質(zhì)在量熱計(jì)內(nèi)反應(yīng)后，量熱計(jì)的溫度由初態(tài)tA升至末態(tài)tB，放出熱量為Q，則：

因?yàn)榻娔軠y(cè)量能夠達(dá)到很高程度的準(zhǔn)確性，為了測(cè)定量熱計(jì)熱當(dāng)量尺，在同一量熱計(jì)中輸入一定量的電能Qe使量熱計(jì)溫度由同一初態(tài)tA升到同一末態(tài)tB。

上述量熱原理，同樣適用于吸熱反應(yīng)，此時(shí)，只是在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)不斷輸送一定量電能，使量熱計(jì)的溫度始終保持不變。則當(dāng)反應(yīng)完了后，所輸入的電能就等于反應(yīng)吸收的熱量，其原理如下所示： [2]

量熱法原理

研究方向：

直接測(cè)定恒容過(guò)程熱效應(yīng)QV（ΔU）和恒壓過(guò)程熱效應(yīng)QP（ΔH）的實(shí)驗(yàn)方法稱(chēng)為量熱法。量熱法是熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本方法。通常能直接測(cè)定的熱效應(yīng)，有物質(zhì)的熱容、溶解熱、稀釋熱、中和熱和燃燒熱等，測(cè)定這些熱效應(yīng)，還可求算某些化合物的生成焓。物質(zhì)變化過(guò)程中的熱量值，在化工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)際中都有重要意義，熱效應(yīng)的數(shù)據(jù)常用于計(jì)算平衡常數(shù)和其他熱力學(xué)量。熱力學(xué)*定律是量熱測(cè)定的基礎(chǔ)，熱量測(cè)量的設(shè)計(jì)原理是：在絕熱條件下，將被測(cè)物質(zhì)置于某一量熱體系中進(jìn)行反應(yīng)，它的熱效應(yīng)使體系的溫度升高或降低，測(cè)量反應(yīng)前后溫度的變化△丁及體系的熱容C，根據(jù)熱力學(xué)*定律即可計(jì)算反應(yīng)的熱效應(yīng)。

量熱法所研究的對(duì)象，是在具體過(guò)程中所發(fā)生的能量變化，它通常以熱的形式存在。熱是人們從遠(yuǎn)古以來(lái)就常見(jiàn)的現(xiàn)象，但是對(duì)于熱的本質(zhì)，直到1840年左右還沒(méi)有弄明白。十八世紀(jì)末葉，大多數(shù)科學(xué)家接受了熱質(zhì)論。熱質(zhì)論將熱看作一種假想流體，在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，它由熱物體流向冷物體，由熱物體失去的熱質(zhì)的量等于冷物體獲得的量。這種理論認(rèn)為熱質(zhì)的總量在所有過(guò)程中守恒，因而當(dāng)物體在高溫時(shí)所含的熱比冷卻下來(lái)后所含的熱要多。英國(guó)科學(xué)家Joule在1840年進(jìn)行了一系列有關(guān)熱-功轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)，證明物體由于受熱面發(fā)生的變化，在沒(méi)有熱量傳遞的情況下通過(guò)對(duì)物體作機(jī)械功也同樣能發(fā)生。典型的實(shí)驗(yàn)便是對(duì)液體用攪拌的方法，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也可使液體的溫度升高，此過(guò)程中并沒(méi)有熱質(zhì)流入液體。Jouler的實(shí)驗(yàn)結(jié)果宣告了熱質(zhì)論的破產(chǎn)，證明了熱與功一樣，都是能量的一種形式。熱和功是可以相互轉(zhuǎn)換的，并測(cè)定出熱—功當(dāng)量的具體數(shù)值。在焦耳工作的基礎(chǔ)上，德國(guó)科學(xué)家Helmhohz于1847年*明確地提出能量守恒原理，即熱力學(xué)*定律。

熱力學(xué)*定律的建立使人們對(duì)于熱的本質(zhì)具有更清晰、更正確的認(rèn)識(shí)。根據(jù)熱力學(xué)*定律，熱是當(dāng)不同物體之間因有溫度的差別而進(jìn)行交換或傳遞的能量，只有當(dāng)存在溫度差時(shí)，才有熱的傳遞。如果物體之間溫度相等，則沒(méi)有熱量的傳遞，熱只在被傳遞的過(guò)程中存在，因而熱是一種過(guò)程量。一個(gè)物體在熱的時(shí)候比在冷的時(shí)候具有更多的能量，而不能說(shuō)具有更多的熱量。

被研究的系統(tǒng)若經(jīng)歷了某一過(guò)程，從一種狀態(tài)（始態(tài)）變化到另一種狀態(tài)（末態(tài)），系統(tǒng)與周?chē)h(huán)境之間多少都有能量的交換，使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化。系統(tǒng)與環(huán)境之間所交換的能量，有熱（因溫差的存在而傳遞的能量）和功（其他途徑所傳遞的能量）兩種形式。而熱量計(jì)則是用來(lái)測(cè)量這種能量變化的儀器。

熱量計(jì)于十九世紀(jì)末已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用。它是研究各種過(guò)程中能量變化的有效手段，熱量計(jì)在科學(xué)研究及工業(yè)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用，而且，其本身也正在不斷地改進(jìn)和完善，在熱量計(jì)的發(fā)展過(guò)程中，采用了許多先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)，使其變得更精確、更靈敏，應(yīng)用范圍更廣泛。

四種不同的類(lèi)型：

1. 等溫?zé)崃坑?jì)，即在測(cè)量時(shí)，量熱腔與環(huán)境的溫度保持不變，相變熱量計(jì)是典型的等溫?zé)崃坑?jì)；

2. 具有恒定溫度環(huán)境的熱量計(jì)，這種熱量計(jì)的量熱腔與環(huán)境之間具有良好的隔熱層，但或多或少有“熱漏"存在。一般的反應(yīng)熱量計(jì)、彈式熱量計(jì)等均屬于這類(lèi)熱量計(jì)：

3. 熱導(dǎo)式熱量計(jì)，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這類(lèi)熱量汁的溫度變化很小，且反應(yīng)前后溫度相等，因而基本上可以認(rèn)為熱導(dǎo)式熱量計(jì)是在等溫條件下進(jìn)行測(cè)定的；

4. 掃描式熱量計(jì)，其環(huán)境與系統(tǒng)的溫度隨時(shí)間按事先規(guī)定的程序而變，如恒速升溫等，其量熱系統(tǒng)由被測(cè)體系和參考體系組成，各種熱分析儀均屬于這類(lèi)熱量計(jì)。

技術(shù)參數(shù)：
通過(guò)選配組件可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
█ 反應(yīng)體系熱流動(dòng)量熱分析，熱平衡量熱可選。
█ 自動(dòng)加料控制，液體及氣體
█ 自動(dòng)PH值控制，曲線控制或者恒值控制
█ 自動(dòng)溫度控制，等溫控制以及曲線控制，采用德國(guó)huber及julabo油浴實(shí)現(xiàn)溫度控制。
█ 攪拌轉(zhuǎn)速控制，可實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量，從而表征反應(yīng)體系粘度變化狀況
█ 反應(yīng)釜壓力、真空控制
█ 釜蓋加熱控制，防止產(chǎn)物在釜蓋上凝結(jié)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性
█蒸餾回流控制
█通過(guò)采用獨(dú)立的用戶名以及密碼可以有效保證實(shí)驗(yàn)的安全

全自動(dòng)量熱反應(yīng)釜|量熱儀

應(yīng)用

編輯

數(shù)據(jù)的測(cè)定

純物質(zhì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)定是量熱法重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。用量熱法測(cè)定在298.16K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下各種化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，便可得到物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓。通過(guò)測(cè)定等容和等壓過(guò)程的熱效應(yīng)，可獲得物質(zhì)的內(nèi)能和焓的變化值。對(duì)純物質(zhì)，用量熱法測(cè)定其從低溫到高溫各溫度范圍內(nèi)的比熱容Cp，以及在各相變點(diǎn)的可逆相變潛熱，便可由熱力學(xué)第三定律直接求出純物質(zhì)的規(guī)定熵，這樣由量熱法求得的熵也稱(chēng)為量熱熵，由物質(zhì)的規(guī)定焓和規(guī)定熵的數(shù)值，就可以獲得純物質(zhì)的規(guī)定Gibbs自由能。在用量熱法測(cè)定物質(zhì)的規(guī)定熵時(shí)，低溫度可測(cè)至幾K的低溫。更低溫度范圍內(nèi)的熱力學(xué)函數(shù)值通?？捎蒁ebge比熱公式計(jì)算求出。

各種物質(zhì)的比熱容、相變潛熱和諸如稀釋、溶解、混合及吸附等物理過(guò)程的熱效應(yīng)，基本上是用量熱法測(cè)定的，這些物性數(shù)據(jù)，已被制成各種各樣的表格，供人們查閱使用。這些基本的數(shù)據(jù)不論對(duì)于科學(xué)研究還是工業(yè)生產(chǎn)都是*的，在化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，在建立任何一套生產(chǎn)裝置之前，都必須進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)基本、初的程序是要對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行仔細(xì)的物料衡算和能量衡算，物料與能量的衡算正確與否，對(duì)于整個(gè)工程設(shè)計(jì)的成敗是至關(guān)重要的。在進(jìn)行能量衡算時(shí)，則需要有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的焓變、原料及產(chǎn)物的比熱容、相變潛熱等等各類(lèi)數(shù)據(jù)。在選擇工藝流程、確定生產(chǎn)操作指標(biāo)、估算生產(chǎn)大產(chǎn)率等方面，物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)都是很重要的。

量熱法在工業(yè)方面的另一重要用途是測(cè)定各種能源原料的發(fā)熱量，這些原料有：原油及天然氣、各不同產(chǎn)地的煤，石油工業(yè)的系列產(chǎn)品如汽油、煤油、柴油、液化石油氣及其他燃料等。燃料產(chǎn)品發(fā)熱值的大小是鑒定原料質(zhì)量高低或判定產(chǎn)品是否合格的重要依據(jù)。出售燃料產(chǎn)品的廠商須對(duì)其產(chǎn)品的發(fā)熱值給出低保證值，因此，在燃料工業(yè)上廣泛地采用熱量計(jì)來(lái)測(cè)定產(chǎn)品的發(fā)熱量，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)自身攝入的營(yíng)養(yǎng)愈來(lái)愈講究，為了保持人體處于良好的能量平衡狀態(tài)，必須對(duì)所攝入食物的能量作準(zhǔn)確的計(jì)算。因此，量熱法已廣泛用來(lái)測(cè)量各種食物的發(fā)熱值。人們便依據(jù)這些數(shù)據(jù)制定食譜以保證每天攝入適當(dāng)?shù)哪芰俊Ｍ瑯?，在畜牧?chǎng)內(nèi)，也依據(jù)這些數(shù)據(jù)為家畜配制飼料。用量熱法研究易爆易燃等危險(xiǎn)化學(xué)品的性質(zhì)，對(duì)如何安全的處理和運(yùn)輸這些化學(xué)品是十分重要的。

熱分析熱滴定

掃描式熱量計(jì)，特別是熱分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出量熱的范圍，在動(dòng)力學(xué)和測(cè)定物質(zhì)理化性質(zhì)方面，已得到廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)用差熱分析熱譜曲線，可鑒定各種物質(zhì)，不論是無(wú)機(jī)物還是有機(jī)物，都具有特征的DTA曲線，它們像“指紋"一樣表征物質(zhì)的特性，目前已出版了各種化合物的標(biāo)準(zhǔn)熱分析曲線圖譜集，以便于鑒別礦物、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及高聚物等化合物。

應(yīng)用DTA和DSC可測(cè)定固體及液體的比熱容、液-固及氣-液等一級(jí)相變的相變溫度和相變熱以及各類(lèi)二級(jí)相變?nèi)绻虘B(tài)晶形轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變和玻璃化轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度等。

礦物、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)以及有機(jī)化合物在高溫下會(huì)發(fā)生分解，將TDA、DSC和TG法聯(lián)用，可以對(duì)化合物熱分解反應(yīng)的溫度、產(chǎn)物、分解速率、反應(yīng)活化能和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行測(cè)定和分析。Freeman和Caroll于1958年提出了從熱重曲線求反應(yīng)級(jí)數(shù)和活化能的方法，后來(lái)，Sharp和Doyle等人也提出各自的處理方法。

熱分析很早就應(yīng)用于金屬學(xué)領(lǐng)域，用來(lái)測(cè)定金屬熔點(diǎn)等，現(xiàn)在，它已成為研究合金相圖的主要手段，用熱分析法除可獲得平衡相圖所需的各種數(shù)據(jù)（如步冷曲線）外，還可得到合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)、判斷亞穩(wěn)相存在與否以及決定亞穩(wěn)相的溶解度曲線，

晶體的熔點(diǎn)是很敏銳的，當(dāng)晶體中摻有少量雜質(zhì)以后，其熔點(diǎn)范圍會(huì)明顯擴(kuò)大，使得DSC熱譜曲線上的相變吸熱峰的寬度和高度發(fā)生明顯的改變，利用這一特點(diǎn)，用DSC法可鑒定化合物的純度，這種方法操作簡(jiǎn)便，速度快，用量少，它已成為鑒定有機(jī)化合物較有效的方法。

熱滴定也稱(chēng)為溫度滴定、熱焓滴定等，所采用的手段是滴定熱量計(jì)。化學(xué)分析所涉及的酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和配合反應(yīng)等，均伴隨有一定的熱效應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)一開(kāi)始，便有熱量產(chǎn)生，當(dāng)反應(yīng)終止時(shí)，熱效應(yīng)也隨著結(jié)束。滴定熱量計(jì)的感溫元件（熱效電阻）熱容很小，能對(duì)溫度的變化作出迅速響應(yīng)，因而量熱滴定可用作化學(xué)分析的有效手段，并在冶金、煤炭、造紙、制藥和生物制品等工業(yè)方面得到應(yīng)用。有些化學(xué)反應(yīng)由于平衡常數(shù)的限制，在量熱滴定中反應(yīng)不能*進(jìn)行到底，這時(shí)，從反應(yīng)的熱譜曲線中，不僅可獲得有關(guān)反應(yīng)焓的信息，還可得到有關(guān)熵變及反應(yīng)平衡常數(shù)的信息。

生物學(xué)應(yīng)用

生物體內(nèi)所發(fā)生的過(guò)程往往不但熱效應(yīng)小，而且非常緩慢，傳統(tǒng)熱量計(jì)對(duì)這類(lèi)過(guò)程無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，熱導(dǎo)式微熱量計(jì)的出現(xiàn)和完善，使得對(duì)生物體內(nèi)的過(guò)程進(jìn)行量熱測(cè)定成為可能，它已用來(lái)對(duì)生物的活性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。應(yīng)用熱導(dǎo)式微熱量計(jì)還可測(cè)定細(xì)菌等微生物的生長(zhǎng)熱譜、細(xì)胞的代謝熱譜和種子發(fā)芽過(guò)程的能量變化。運(yùn)用熱動(dòng)力學(xué)的方法，微量熱法可用于酶催化反應(yīng)的米氏常數(shù)和反應(yīng)焓的測(cè)定。

其他

應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的熱量計(jì)可測(cè)量激光束的能量，這種熱量計(jì)可以為熱導(dǎo)式或等溫外殼式熱量計(jì)，具體的結(jié)構(gòu)形式也因接受能量的方式不同而采用不同的設(shè)計(jì)。激光束能量的大小由電能進(jìn)行標(biāo)定。

量熱法也可用于微波輻射能的測(cè)量，在核能工業(yè)領(lǐng)域，量熱法也得到應(yīng)用。熱量計(jì)不但可用來(lái)測(cè)定放射源的能量，通過(guò)測(cè)定放射源的輻射能可以確定放射元素的半衰期，用這種方法可以化驗(yàn)分析放射源中所含的放射元素。