书 书 书犐犆犛 ８１ ． ０６０ ． ３０ 犙 ３２ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ３６４０２ — ２０１８ 陶瓷材料的热分析  质谱联用测试方法 犜犺犲狉犿犪犾犪狀犪犾狔狊犻狊犿犪狊狊狊狆犲犮狋狉狅犿犲狋狉狔犮狅狌狆犾犻狀犵犿犲狋犺狅犱犳狅狉犮犲狉犪犿犻犮狊犿犪狋犲狉犻犪犾狊 ２０１８  ０６  ０７ 发布 ２０１９  ０５  ０１ 实施 国家市场监督管理总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由中国建筑材料联合会提出 。 本标准由全国工业陶瓷标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ１９４ ） 归口 。 本标准起草单位 ： 中国科学院上海硅酸盐研究所 、 中国科学技术大学 、 华东理工大学 。 本标准主要起草人 ： 于惠梅 、 陆昌伟 、 刘振海 、 钱义祥 、 丁延伟 、 张建军 、 王 窻 、 杨大中 、 刘义 、 吴永庆 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３６４０２ — ２０１８ 陶瓷材料的热分析  质谱联用测试方法 １ 　 范围 本标准规定了陶瓷材料的热分析  质谱联用测试方法的术语和定义 、 仪器设备 、 试样和标准物质 、 仪器校验方法 、 分析步骤和试验报告 。 本标准适用于陶瓷材料在程序控温和一定气氛下的质量变化 、 热焓变化及其逸出气体成分的检测 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ８１７０ 数值修约规则与极限数值的表示和判定 ３ 　 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 热分析 　 狋犺犲狉犿犪犾犪狀犪犾狔狊犻狊 ； 犜犃 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 。 ３ ． ２ 热重法 　 狋犺犲狉犿狅犵狉犪狏犻犿犲狋狉狔 ； 犜犌 在程序控温和一定气氛下 ， 测量试样的质量与温度或时间关系的技术 。 热重曲线 （ ＴＧｃｕｒｖｅ ） 是由热重仪测得以质量 （ 或质量分数 ） 随温度或时间变化形式表示的曲线 。 曲线的纵坐标为质量 犿 （ 或质量分数 ）， 向上表示质量增加 ， 向下表示质量减小 ； 横坐标为温度 犜 或时间 狋 ， 自左向右表示温度升高或时间增加 。 微商热重曲线 （ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃｃｕｒｖｅ ， ＤＴＧｃｕｒｖｅ ） 是由测得的 ＴＧ 曲线 ， 以质量变化速率与温度或时间的关系图示 。 ３ ． ３ 差热分析 　 犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻犪犾狋犺犲狉犿犪犾犪狀犪犾狔狊犻狊 ； 犇犜犃 在程序控温和一定气氛下 ， 测量试样和参比物温度差与温度或时间关系的技术 。 差热分析曲线 （ ＤＴＡｃｕｒｖｅ ） 是由差热分析仪测得的曲线 。 曲线的纵坐标是试样和参比物的温度差 （ Δ 犜 ）， 横坐标是温度或时间 ， 吸 ／ 放热峰以曲线吸 ／ 放热标识所示方向为准 。 ３ ． ４ 差示扫描量热法 　 犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻犪犾狊犮犪狀狀犻狀犵犮犪犾狅狉犻犿犲狋狉狔 ； 犇犛犆 在程序控温和一定气氛下 ， 测量输给试样和参比物的热流速率或加热功率 （ 差 ） 与温度或时间关系的技术 。 根据测量方法 ， 可分为热流式差示扫描量热法 （ ｈｅａｔｆｌｕｘＤＳＣ ） 和功率补偿式差示扫描量热法 （ ｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＤＳＣ ）。 热流式 ＤＳＣ 是按程序控温改变试样和参比物温度时 ， 测量与试样和参比物温差相关的热流速率与温度或时间关系的技术 。 功率补偿式 ＤＳＣ 是在程序控温并保持试样和参比 １ 犌犅 ／ 犜 ３６４０２ — ２０１８ 物温度相等时 ， 测量输给试样和参比物的加热功率 （ 差 ） 与温度或时间关系的技术 。 差示扫描量热曲线 （ ＤＳＣｃｕｒｖｅ ） 是由差示扫描量热仪测得的试样和参比物的热流速率或加热功率 （ 差 ） 与温度或时间的关系曲线图示 。 曲线的纵坐标为热流速率 （ ｈｅａｔｆｌｏｗｒａｔｅ ） 或称热流量 （ ｈｅａｔｆｌｏｗ ）， 横坐标为温度或时间 ， 吸 ／ 放热峰以曲线吸 ／ 放热标识所示方向为准 ， 通常曲线向上为正 ， 表示吸热效应 ； 向下为负 ， 表示放热反应 。 ３ ． ５ 同步热分析法 　 狊犻犿狌犾狋犪狀犲狅狌狊狋犺犲狉犿犪犾犪狀犪犾狔狋犻犮犪犾狋犲犮犺狀犻狇狌犲狊 ； 犛犜犃 在程序控温和一定气氛下 ， 对一个试样同时采用两种或多种热分析技术 。 本标准中所定义的同步热分析法是在程序控温和一定气氛下 ， 同时测量试样的质量以及试样与参比物的温度差或热流差与时间或温度关系的一种同时联用技术 ， 分别简称为 ＴＧＤＴＡ 法或 ＴＧＤＳＣ 法 。 ３ ． ６ 质谱法 　 犿犪狊狊狊狆犲犮狋狉狅犿犲狋狉狔 ； 犕犛 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入离子源 ， 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 ， 以一定速度进入质量分析器 ， 按质荷比 （ 犿 ／ 狕 ） 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 （ 犿 ／ 狕 ） 是离子的质量 （ 犿 ） 与其所带的电荷 （ 狕 ） 之比 ， 犿 以原子量质量单位 （ ａｍｕ ） 计算 ， 狕 以电子电量为单位计算 。 ３ ． ７ 进样系统 　 狊犪犿狆犾犻狀犵狊狔狊狋犲犿 ； 犛犛 在室温和常压下 ， 气态或液态样品通过一个可调喷口以中性流的形式导入离子源内进行质谱分析的装置 。 气体和低沸点液体样品的进样 ， 只需用注射针穿过密封垫圈将样品注入加热的真空储存器 ， 液体样品进入后立即气化 ， 并维持一定的样品气压 。 在热分析  质谱联用系统中 ， 采用石英玻璃毛细管或不锈钢毛细管等接口 ， 从热分析仪逸出的气体 ， 通过这个接口进入到质谱仪 。 为使从热分析仪出来的逸出气体不会在输送过程中冷凝 ， 输送管道及接口通常要加热到 ２００℃ ～ ３００℃ 。 ３ ． ８ 真空系统 　 狏犪犮狌狌犿狊狔狊狋犲犿 ； 犞犛 装置内部分物质被排除 ， 使其压力小于 １０１．３ｋＰａ （ 一个标准大气压 ） 的特定空间 。 真空度常用帕斯卡 （ Ｐａ ） 或托尔 （ Ｔｏｒｒ ） 做为压力的单位 。 质谱仪通常在高真空条件下工作 ， 真空度一般在 １０ －４ Ｐａ ～ １０ －６ Ｐａ 。 通常仪器的尺寸越大 ， 离子平均自由程愈大 ， 真空度就愈高 。 ４ 　 仪器设备 ４ ． １ 　 联用装置组成示意图 图 １ 　 热分析  质谱联用装置组成示意图 ２ 犌犅 ／ 犜 ３６４０２ — ２０１８ 　　 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 。 ４ ． ２ 　 热分析  质谱联用测量用的气氛 常用气体和纯度 ： Ｈｅ （ ≥ ９９．９９％ ）， Ｎ ２ （ ≥ ９９．９９％ ）， Ａｒ （ ≥ ９９．９９％ ） 等 。 ５ 　 试样和标准物质 ５ ． １ 　 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 Ａｌ ２ Ｏ ３ 。 ５ ． ２ 　 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 ＣａＣ ２ Ｏ ４ · Ｈ ２ Ｏ 或其他相应的合适试剂 。 ６ 　 仪器校验方法 ６ ． １ 　 温度和热焓校正 ６ ． １ ． １ 　 犇犜犃 、 犇犛犆 的温度校正 采用标准物质 （ 附录 Ａ ） 对仪器温度指示值进行标定 ， 根据不同仪器的测量温度范围选择居里点校 准法和两点或多点校准法 ， 应做到工作温度在已标定的温度区间内 。 以升温速率 １０℃ ／ ｍｉｎ 、 氮气流量为 ３