量热仪(Calorimeter)的名称是由两个单词组成,"calor"来自于希腊语意思是 "热"(heat),"metron"来自于拉丁文意思是"测量"(measure),在1780年,由"近代化学之父",法兰西院院长拉瓦锡zui提出的 。
氧弹量热仪可用于测量固体或液体样品的热值,测量样品在个密闭的容器中(氧弹),充满氧气的环境里,燃烧所产生的热,测量的结果称燃烧值、热值、BTU等。
热值结果具有确定其他值的意义,可以确定样品的,作为计算价格的依据(如煤炭),也可获得生理(如生态学中的能量分布,动物营养研究中的能量代谢等)、物理以及化学的结论。
作原理
将1g的固体或液体样品称量后放入坩锅中,将坩锅置于不锈钢的容器(氧弹)中。往燃烧容器/氧弹中充满30bar压力的氧气(3.5:理论纯度99.95%)。样品在氧弹内通过点火丝和绵线引燃。在燃烧过程中坩锅的中心温度可达1200°C,同时氧弹内的压力上升。在此条件下,所有的有机物燃烧并氧化。氢生成水,碳生成二氧化碳,样品中的硫将氧化成SO2,SO3,并溶于水,释放出定的热量(硫酸生成热),空气中的氮气在压富氧的条件下,会有少量被氧化NO2,溶于水释放出定热量(硝酸生成热),在容器中(内桶IV)充满水,使水环绕在氧弹的周边,燃烧时产生的热量会传给氧弹周边的水。
为确保燃烧产生的热量不会从系统传到外界和外界的热量不会传系统里(室温变化),使用另个容器(外桶OV)作为隔热的装置,依据不同的测定原理和外筒温度控制,测定可以分为热模式和等温模式。
1、热模式:
热量热仪实验中,外桶的温度(TOV)程跟踪内桶温度(TIV)变化而变化。这种热几乎隔热传递。在保持空调环境温度恒定的条件下,测量几乎不受何的外界影响。样品燃烧所释放出的热量都将聚集在内筒,并通过内筒的温度传感器行测量。实验过程中没有热损失,像等温量热仪样做修正计算。
其温升曲线的典型征为:实验前期,实验末期可以很快达到"稳态",即内、外筒的温度达到平衡,不会随着时间的推移而变化。
2、等温模式:
虽然热式量热仪测定结果,但由于其结构复杂,所需的难度较,所以提出了等温测量模式,实验过程中外桶的温度(TOV)保持恒定。保持外桶温度恒定不要求内外桶的热,内外桶有少量的热交换。在空调环境温度保持恒定的情况下,需要对内外桶间的少量热交换行修正计算,依据牛顿冷却定律,常用的计算公式为瑞方公式。
其温升曲线的典型征是:实验前期,实验末期温度存在"拐点",对温升终点的判断较为关键,为了准确判断温度变化的趋势,即严格按照瑞方公式行测定时,所需的测试时间较长,通过"温升趋势"预断来缩短测定时间的方法中,即"快速模式",温升趋势的预判往往成为实验成败的关键。
依据外筒的不同温度控制方式,又可以分为:
恒温式量热仪:
即外筒没有控温,为了保持测定过程中外筒水温基本致,外筒盛满水后其热容量通常为量热仪热容量的5-10倍,即通常具有个20-40L装满水的外筒,但由于外筒没有控温,有时内筒的水也循环入外筒,所以经过数次测定后外筒温度缓慢升明显。
周边等温式量热仪:
在恒温式量热仪的基础上增加外筒的控温,缩小了外筒体积及水量。