熱分析動力學在不同領域應用的研究

康順吉

摘? 要：文章討論了熱分析動力學的基本理論和在不同專業(yè)領域的應用，熱分析技術和熱分析動力學方法在化工、材料、醫(yī)藥、生物及熱力學等相關領域得到了廣泛的應用和研究，為科研工作提供了一條行之有效的途徑和技術手段。

關鍵詞：熱分析;熱分析動力學;應用研究

中圖分類號：O657.99? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）16-0157-02

Abstract： In this paper， the basic theory of thermal analysis kinetics and its application in different professional fields are discussed. Thermal analysis technology and thermal analysis kinetics methods have been widely used and studied in chemical industry， materials， medicine， biology， thermodynamics and other related fields. It provides an effective way and technical means for scientific research.

Keywords： thermal analysis; thermal analysis kinetics; application study

引言

國際熱分析協(xié)會定義熱分析是在程序控制溫度下測量物質的物理性質與溫度關系的一類技術。根據熱分析測定的物理量不同，熱分析技術可分為熱重法、差熱分析、差示掃描量熱法及熱機械分析。

熱分析方法具有快速、簡便、精準等優(yōu)點而受到眾多學科領域研究工作者的青睞。熱分析動力學是一種專門應用熱分析技術研究物質在程序升溫過程中的物理變化或化學反應過程的一種方法，通過熱分析動力學可求取過程的“動力學三因子”。因此熱分析動力學被廣泛應用于各個研究領域的研究[1，2]。

1 熱分析動力學的理論基礎

1.1 動力學參數

（3）多重掃描速率的非等溫法

與單個掃描速率的非等溫法不同的是，多重掃描速率的非等溫法將不同升溫速率下獲取的多條TA曲線進行動力學分析。該方法可以在無需動力學機理函數的條件下獲得較為可靠的活化能，該方法可以有效避免選擇機理函數引起的誤差。由于可用來對單個掃描速率法的結果如活化能進行檢驗，通常將兩種方法結合進行動力學分析。

2 熱分析動力學在不同領域的應用

熱分析動力學技術能廣泛應用在材料、醫(yī)藥、石油、冶金、生物等各個領域，是各領域的研究反應機理、熱分解、脫水、結晶、熔融、玻璃化轉變等相變過程、聚合等方面的重要技術手段。熱分析動力學的研究結果還可以作為工業(yè)生產中最佳工藝條件評定的重要指標。

2.1 材料領域

熱分析方法在材料領域應用最為廣泛，很多學者在無機、高分子、納米材料等領域都開展了熱分析動力學的方法對材料合成、分解、反應速率等動力學方面的研究。

李麗清[3]該法對二水草酸鎳脫水反應的熱分析動力學三因子進行了研究，結果該方法穩(wěn)定可靠，重現(xiàn)性好。閔凡飛[4]等總結了煤的燃燒、熱解以及氣化熱分析動力學研究，并提出該方法在煤燃燒領域的改進及新技術。陽富強等[9]對采用熱分析動力學方法分別求解FeS-FeS2組合物的表觀活化能。

2.2 含能材料領域

熱分析動力學在含能材料領域主要應用于對材料的熱穩(wěn)定性和相容性的進行分析評價，動力學參數的確定，熱分解的動力學和機理等方面。

Sun等[5]采用熱分析技術研究了無機酸對硝酸銨分解的影響，研究表明無機酸加速了硝酸銨的分解。收集動力學數據并計算確定動力學模型。劉芮等[6]熱重分析方法和差示掃描量熱法研究了HMX和CL-20的熱分解過程，得到了加熱過程的相關特征參數。

2.3 生物醫(yī)藥領域

近些年，熱分析動力學在生物醫(yī)藥行業(yè)的應用也越來越廣泛。Muar等[7]采用差示掃描量熱法（DSC）研究了失水picotamide與酒石酸、抗壞血酸在化學上相容性。研究結果表明熱分析技術對于藥物前期配方設計非常有效，同時也受對固體藥物熱穩(wěn)定性研究的的重要方法。何美菁[8]采用模式函數法中的單個掃描速率的不定溫法推斷大黃、地榆、牡丹皮3味中藥炒炭過程中熱解反應的機理函數。

2.4 熱力學領域

熱分析方法還是測定過程焓值、比熱容和相變溫度等基礎熱力學數據的有效手段，也可以應用相變動力學理論、干燥模型等方面的研究。王寶和等[9]采用相變動力學理論、熱分析動力學理論及薄層干燥模型進行簡單的介紹和比較，并且探討了相變動力學理論及熱分析動力學理論在干燥動力學研究中應用的可行性。Dollimore等[10]采用熱分析法測定了多種藥物、香水的蒸汽壓數據，從而進一步計算獲得動力學參數。Focke[11]通過熱分析方法提出并建立了真空蒸發(fā)條件下修訂的嚴格Langmiur方程。

3 結束語

熱分析動力學在化工、材料、醫(yī)藥、生物、熱力學等研究領域均有貢獻，作為一種精確度高、簡單易行的技術手段，該技術也在不斷地發(fā)展也為該技術的應用提供更好的條件保障。

參考文獻：

[1]李艷春.熱分析動力學在含能材料中的應用[D].南京理工大學，2010.

[2]胡榮祖.熱分析動力學[M].科學出版社，2008.

[3]李麗清，彭玉華，陳棟華.熱分析動力學的多升溫速率等溫法及其應用[J].中南民族大學學報（自然科學版），2004，23（2）.

[4]閔凡飛，張明旭.熱分析在煤燃燒和熱解及氣化動力學研究中的應用[J].煤炭轉化，2004，27（1）：9-12.

[5]Sun J. H.， Sun Z.H.，Wang Q. S， Ding， H. Wang， T. Jiang C.S. Catalytic effects of inorganic acids on the decomposition of ammonium nitrate. J. Hazard.， Mater. 2005，127，204-210.

[6]劉芮，張同來，楊利.DSC/DPTA熱分析動力學及應用[J].火炸藥學報，2013，36（5）.

[7]Mura， P.， Bettinetti，G.P.， Faucci， M. T.， Manderiolo， A.， Parrini， P. L. Differential scanning calorimetry in compatibility testing of picotamide with pharmnaceutical excipients. Thermochim. Acta 1998，321：59-65.

[8]何美菁，孟祥龍，王明芳.大黃、地榆、牡丹皮炒炭過程中熱解反應機制的分析[J].中國實驗方劑學雜志，2017（22）：9-16.

[9]王寶和.相變動力學和熱分析動力學在干燥動力學研究中應用的可能性[J].干燥技術與設備，2009（3）：103-110.

[10]Chatterjee，K.， Dollimore， D.， Alexander， K Calculation of vapor pressure cuvres for hydroxyl benzoic acid derivative using thermogravimtry. Thermochim. Acta 2002，392/393：107-117.

[11]Foeke， W. W A revised equation for estimating the vapour pressure of low-volatility substances from isothermal TG data. J. Therm. Anal. Cal. 2003，74：97-107.