现代分析测试技术 热分析技术.ppt
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《现代分析测试技术》PPT课件
现代分析测试技术概述
现代分析测试技术概述
２００２年诺贝尔化学奖表彰一是约翰·芬恩与田中耕一“发明了对生物大分 子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”，二 是库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结 构的方法”。
现代分析测试技术概述
分析测试技术的发展史
现代分析测试技术概述
显微技术
透射电镜技术（TEM）
利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的原理 研制的显微技术。
扫描显微技术
扫描电子显微镜（SEM）
扫描探针显微镜
➢ 扫描隧道显微镜（STM）
➢ 原子力显微镜（AFM） ➢ 弹道电子显微镜（BEEM）
➢ 激光力显微镜（LFM） ➢ 光子扫描隧道显微镜（PSTM）
h0 + h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
获得能量后，跃迁到激发虚态.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
现代分析测试技术概述
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
现代分析测试技术概述
内转换
振动弛豫 内转换
S
现代分析测试技术概述
ICP-AES的原理
现代分析测试技术概述
现代分析测试技术概述
分子中的能级跃迁： 电子能级间跃迁的
同时，总伴随有振动 和转动能级间的跃迁 。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动 能级间跃迁产生的若 干谱线而呈现宽谱带
。
现代分析测试技术概述
紫外—可见吸收光谱（UV-vis）
紫外-可见分光光度计
普通蒸馏水的电导率 210-6 S· cm-1 离子交换水的电导率 510-7 S· cm-1 纯水的电导率 510-8 S· cm-1
现代分析测试技术-热分析技术
4、应用
测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化（晶型转变、相态变化和吸附 等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。
44
5、分类
9类17种
国 际 (ICTA) 热 分 析 协 会 确 认 的 热 分 析 技 术
热分析的四 大支柱
55
最常用的三种热分析法
1 热重分析法 TG （Thermo-gravimetry) （微商热重分析法 DTG （Derivative Thermogravimetry ) 2 差热分析法 DTA (Differential Thermal Analysis) 3 示差扫描量热分析法 DSC
曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1； 曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6 mg，求得质量损失率：
18
曲线EF段也是一平台，相应质量为m2； 曲线FG 为第三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阶，质量损失为0.8 mg，可 求得质量损失率
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
19
验证： 根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。计算结果表明第一次理论质 量损失率为
参比物应是惰性材料，即在测定的温度范围内，不产生任何热效应（放热、吸热） 的材料，如：α－A12O3、α－石英、硅油等。
22 22
T
3 DTA曲线
向下表示吸热过程 向上表示放热过程
+A
0
纵坐标：温差(T)
-
横坐标：温度T(或时间t)
差热仪炉子供给的热流为Q
试样无热效应时： QS
QR
试样吸热效应时：(Q－g)S QR
99
10
4. 热重分析曲线 ➢ TG曲线：
一次微分
➢ DTG曲线：
测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化（晶型转变、相态变化和吸附 等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。
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5、分类
9类17种
国 际 (ICTA) 热 分 析 协 会 确 认 的 热 分 析 技 术
热分析的四 大支柱
55
最常用的三种热分析法
1 热重分析法 TG （Thermo-gravimetry) （微商热重分析法 DTG （Derivative Thermogravimetry ) 2 差热分析法 DTA (Differential Thermal Analysis) 3 示差扫描量热分析法 DSC
曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1； 曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6 mg，求得质量损失率：
18
曲线EF段也是一平台，相应质量为m2； 曲线FG 为第三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阶，质量损失为0.8 mg，可 求得质量损失率
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
19
验证： 根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。计算结果表明第一次理论质 量损失率为
参比物应是惰性材料，即在测定的温度范围内，不产生任何热效应（放热、吸热） 的材料，如：α－A12O3、α－石英、硅油等。
22 22
T
3 DTA曲线
向下表示吸热过程 向上表示放热过程
+A
0
纵坐标：温差(T)
-
横坐标：温度T(或时间t)
差热仪炉子供给的热流为Q
试样无热效应时： QS
QR
试样吸热效应时：(Q－g)S QR
99
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4. 热重分析曲线 ➢ TG曲线：
一次微分
➢ DTG曲线：
现代分析测试技术-福州大学测试中心
授课 2 实验 2
第九部分 核磁共振波
4
谱仪原理及应用
授课 2 实验 2
考试
4
3
学习本课 程之前必 须先修的 主要课程
大学物理 物理化学 材料科学基础
晶体学
主要教学 方式
授课及实验课
备注
开 课
测试中心 教 研 室
任课 教师 姓名 职 称
杨晓华 教授 张新奇工程师 陈志鑫 副研究员 黄清明 高工 陈天文 高工 尹华 冯蕊 高工 卢巧梅 助理研究员 童 萍 助理研究员 刘 薇 助理研究员 林 芬 工程师 何运慧 工程师 林 韵 工程师
容
4. 具 备 专 业 从 事 材 料 分 析 测 试 工 作 的 初 步 基 础 ， 具 备 通
提
过 继 续 学 习 掌 握 材 料 分 析 新 方 法 、新 技 术 的 自 学 能 力 。
要
教
学
时
数
总学时数
第一学期
第 学期
第 学期
课内
36
主 要 教 材 、 参 考 书 目 或 文 献 目 录
课 外 课 内 周学时数 课 内
36
4
书
目
材料现代分析测试实验 透射电子显微学进展 材料现代分析方法 材料分析测试技术 X 射线荧光光谱分析
色谱联用技术
周学时数 课 内
周学时数
编著者
张庆军 科学技术出版社 北京工业大学出版社 哈尔滨工业大学出版社 吉昂，陶光仪， 卓尚军，罗立强
汪正范，杨树民，
电喷雾质谱应用技术
热分析仪器.；热分析导论 表面分析技术 表面物理导论
目 课程的学习使学生对材料的现代分析测试方法有一个初步的较全面的了解和认识，
热分析方法及其测试技术
TG和DTG曲线
weight ( % ) [weight ( mg )] Deriv. weight ( %/min )
100 1.5
80
60
1.0
40 0.5
20
0
0.0
100
200T ( oC ) 300
400
500
高分子结构与性能的现代测试技术
TG曲线及其特征温度的表征
Ti
Tei
100
失重量计算
高分子结构与性能的现代测试技术
降解温度的表征
外推起始点温度Tei。
热稳定性的评定
1、特征温度的比较：特征温度越高，热稳定性越好。 通常将T0.01、T0.05、T0.1、T0.5四个定失重温度值和
外推起始点温度Tei，5个特征温度作为描述高分子材 料热稳定性等热物理性能的数据。 2、失重量和残余量:
W(%)
65.21%
455.7oC 652.3oC
分析结果 聚苯醚:65.21％ 含碳量:29.45％ 残渣含量:5.34％
522.7oC 氮气
29.45%
712oC 5.34% 空气 T ( oC )
高分子结构与性能的现代测试技术
TGA研究高聚物降解动力学
weight ( % )
(oC/min)
CP
α、β、γ、玻璃化转变
吸、放热
特征温度（Tc、Tm ） 热焓（△H）
结晶、熔融、固化、聚合、降解
高分子结构与性能的现代测试技术
主要构件
加热炉
热电偶
温控系统
研究方法
Sample
reference
Al2O3
炉子结构 应用功能
传热方式
现代分析测试技术
Mass Spectrum
(M–R1)+
电子轰击电离源（EI）-离子类型
离子室内的反应气（甲烷等；10～100 Pa，试样的103～105倍），电子（100～240 eV）轰击，产生离子，再与试样分子碰撞，产生准分子离子。
特点： 最强峰为准分子离子； 谱图简单； 不适用难挥发试样； 得到的是非标准谱图。
方向聚焦： 相同质荷比，入射方向不同的离子会聚； 能量聚焦： 相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚。
静电分析器（扇形电场） —能量分析器
离子源 狭缝
质量相同，能量不同的离子束
磁分析器 （扇形磁场） —质量分析器
接收器狭缝
聚焦离子束
静电场能量色散作用与磁场能量色散作用大小相等，方向相反
单聚焦质量分析器
添加标题
标准条件获得谱图：通过电子轰击电离方式，获得质谱图（快原子、电喷雾等没有标准谱图）；
质谱联用技术及优势分析
气相色谱—质谱联用：混合物分析—化学、化工、环境、食品—适用于可以汽化的样品；GC—很好的分离装置，但不能对化合物定性；MS—很好的定性分析仪器，但要求纯样品；
液相色谱—质谱联用：适用于极性强、分子量大的化合物；关键技术—接口：去除溶剂，并使样品电离—每一类接口装置只适用于某一类分析对象；
质谱仪分析方法原理
横坐标：质荷比，纵坐标：离子的强度； 离子的绝对强度：取决于样品量和仪器的灵敏度； 离子的相对强度：和样品的分子结构—化学键有关；
质谱仪基本工作原理
1
2
5
4
3
质谱仪与质谱分析原理
进样系统
质量分析器
离子源
检测器 单聚焦 双聚焦 飞行时间 四极杆
质谱仪的类型
有机质谱仪
(M–R1)+
电子轰击电离源（EI）-离子类型
离子室内的反应气（甲烷等；10～100 Pa，试样的103～105倍），电子（100～240 eV）轰击，产生离子，再与试样分子碰撞，产生准分子离子。
特点： 最强峰为准分子离子； 谱图简单； 不适用难挥发试样； 得到的是非标准谱图。
方向聚焦： 相同质荷比，入射方向不同的离子会聚； 能量聚焦： 相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚。
静电分析器（扇形电场） —能量分析器
离子源 狭缝
质量相同，能量不同的离子束
磁分析器 （扇形磁场） —质量分析器
接收器狭缝
聚焦离子束
静电场能量色散作用与磁场能量色散作用大小相等，方向相反
单聚焦质量分析器
添加标题
标准条件获得谱图：通过电子轰击电离方式，获得质谱图（快原子、电喷雾等没有标准谱图）；
质谱联用技术及优势分析
气相色谱—质谱联用：混合物分析—化学、化工、环境、食品—适用于可以汽化的样品；GC—很好的分离装置，但不能对化合物定性；MS—很好的定性分析仪器，但要求纯样品；
液相色谱—质谱联用：适用于极性强、分子量大的化合物；关键技术—接口：去除溶剂，并使样品电离—每一类接口装置只适用于某一类分析对象；
质谱仪分析方法原理
横坐标：质荷比，纵坐标：离子的强度； 离子的绝对强度：取决于样品量和仪器的灵敏度； 离子的相对强度：和样品的分子结构—化学键有关；
质谱仪基本工作原理
1
2
5
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3
质谱仪与质谱分析原理
进样系统
质量分析器
离子源
检测器 单聚焦 双聚焦 飞行时间 四极杆
质谱仪的类型
有机质谱仪
现代测试技术--概述 ppt课件
ppt课件
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图1-1测试系统示意图
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18
传感器的定义
能感受规定的被测量（物理量、化学量、生
物量等），并按照一定的规律转换成输出信号
（一般为电量）的器件或装置。
从狭义上讲，传感器也可定义为把被测的输入信
号变换为电信号的装置。其输入量可分为机械量 参数、热工参数、物理参数、成份和结构参数等。 输出的电量一般为电阻、电感、电容、电荷、电 压、电流、频率、脉冲等 。
信号调节与转换电路的种类要视传感元件 的类型而定，常用的电路有电桥、放大器、 振荡器、阻抗变换器，等等。
ppt课件
21
信号处理环节接受来自调理环节的信号，
并进行各种运算、滤波、分析，将结果输
至显示、记录或控制系统信号显示、记录
环节，以观察者易于认识的形式来显示测
量的结果，或者将测量结果存贮。
ppt课件
成系统时相互之间接口十分麻烦，而且各模块不
能单独应用，缺乏灵活性。
ppt课件
41
（2）通用接口型测试系统
通用接口型也是由模块（如台式仪器或插件 板）组合而成，不过所有模块的对外接口都是按 规定标准设计，组成系统时，如果模块是台式仪 器，用标准的无源电缆将各模块连接起来就组成 系统；如果模块为标准插板，只要将各插板插入 标准机箱即可。 GPIB系统、CAMAC系统和VXl 总线系统就 属此类系统，这类系统组建方便，但首次投资较 大。通用接口型测试系统一般具有良好的灵活性 和可扩展性。
能做专门的测试，无数据处理能力。 计算机控制型是可编程型，具有数据处理、存贮、 判断、自动校准等功能，有一定的通用性，适合 于完成复杂的综合测试和精密测试。
ppt课件
40
矿物材料现代测试技术6热分析技术
矿物材料现代测试技术6热分析技术矿物材料是指地球内含有矿物质的岩石和矿石，它们在矿业、建筑材料、冶金等行业中具有重要的应用价值。
为了充分发挥矿物材料的特性和性能，对其进行测试和分析是必不可少的。
热分析技术是矿物材料测试中的一种重要方法，通过对矿物材料在不同温度下的物理和化学性质的变化进行分析，可以了解其熔点、热稳定性、相变、晶体结构等方面的信息。
下面将详细介绍热分析技术以及在矿物材料测试中的应用。
热分析技术主要包括热重分析（TGA）、差示扫描量热（DSC）和热机械分析（TMA）等方法。
热重分析是通过对样品在不同温度下质量的变化进行监测，以推断样品的组成和性质；差示扫描量热则是通过测量样品在加热或冷却过程中与参比物的热量差异，来研究样品的热性质；而热机械分析则是通过测量样品在加热或冷却过程中的尺寸变化，来分析样品的热膨胀性质。
热重分析可以用于测定矿物材料的热稳定性和组成。
矿物材料的热稳定性是指在高温下是否会发生分解、氧化或其它化学变化。
通过热重分析，可以计算出样品的热重损失曲线（TG曲线），从而了解其热稳定性。
同时，热重分析还可以定量测定样品中的水分、有机物和无机盐等成分的含量。
差示扫描量热则可以用于测定矿物材料的热性质和相变。
矿物材料在加热或冷却过程中会发生相变，如熔化、结晶、晶体转变等。
差示扫描量热可以通过测量样品与参比物之间的温度差异，来推断样品的热性质和相变温度。
例如，通过差示扫描量热可以确定矿物材料的熔点、玻璃转变温度等关键参数。
热机械分析主要用于测定矿物材料的热膨胀性质。
矿物材料在加热或冷却过程中会发生尺寸变化，如膨胀或收缩。
热机械分析可以通过测量样品在加热或冷却过程中的尺寸变化，来研究样品的热膨胀性质。
这对于矿物材料在高温下的工程应用具有重要意义，可以帮助减少因热膨胀引起的破裂和变形。
热分析技术在矿物材料测试中的应用非常广泛。
首先，热分析可以帮助确定矿物材料的组成和纯度。
例如，通过热重分析可以计算出样品中杂质的含量，从而判断矿石的品质。
现代分析测试技术(仪器分析)
于研究分子的结构和化学键。
应用
用于有机化合物、高分子化合物、 无机化合物等的结构分析和鉴定。
特点
样品用量少、不破坏样品、分析 速度快、可与其他技术联用。
原子发射光谱法
原理
利用物质在受到激发后发射出特征光谱进行分析。不同元素受到激 发后会发射出不同的特征光谱，可用于元素的定性和定量分析。
应用
广泛应用于金属元素、非金属元素、有机物中元素的定性和定量分 析。
离子色谱法
专门用于离子型物质的分离和分析，如环境监测中的阴阳离子检测。
毛细管电泳色谱法
结合了毛细管电泳和色谱技术的优点，具有高分辨率和高灵敏度等 特点，适用于生物大分子和复杂样品的分析。
05 质谱分析法与联用技术
CHAPTER
质谱法基本原理及仪器结构
质谱法基本原理
通过测量离子质荷比 （m/z）进行成分和结 构分析的方法。
02 光学分析法
CHAPTER
紫外-可见分光光度法
原理
利用物质在紫外-可见光区的吸收 特性进行分析。通过测量物质对 特定波长光的吸收程度，确定物
质的种类和浓度。
应用
广泛应用于无机物、有机物、药物、 生物样品等的定性和定量分析。
特点
灵敏度高、选择性好、操作简便、 分析速度快。
红外光谱法
原理
利用物质在红外光区的吸收特性 进行分析。红外光谱是分子振动 和转动能级的跃迁产生的，可用
03 电化学分析法
CHAPTER
电位分析法
原理
利用电极电位与待测离子浓度之间的关系，通过测量电极电位来 确定待测离子浓度的分析方法。
应用
广泛应用于水质分析、环境监测、生物医学等领域，如pH计测量 溶液酸碱度、离子选择性电极测量特定离子浓度等。
应用
用于有机化合物、高分子化合物、 无机化合物等的结构分析和鉴定。
特点
样品用量少、不破坏样品、分析 速度快、可与其他技术联用。
原子发射光谱法
原理
利用物质在受到激发后发射出特征光谱进行分析。不同元素受到激 发后会发射出不同的特征光谱，可用于元素的定性和定量分析。
应用
广泛应用于金属元素、非金属元素、有机物中元素的定性和定量分 析。
离子色谱法
专门用于离子型物质的分离和分析，如环境监测中的阴阳离子检测。
毛细管电泳色谱法
结合了毛细管电泳和色谱技术的优点，具有高分辨率和高灵敏度等 特点，适用于生物大分子和复杂样品的分析。
05 质谱分析法与联用技术
CHAPTER
质谱法基本原理及仪器结构
质谱法基本原理
通过测量离子质荷比 （m/z）进行成分和结 构分析的方法。
02 光学分析法
CHAPTER
紫外-可见分光光度法
原理
利用物质在紫外-可见光区的吸收 特性进行分析。通过测量物质对 特定波长光的吸收程度，确定物
质的种类和浓度。
应用
广泛应用于无机物、有机物、药物、 生物样品等的定性和定量分析。
特点
灵敏度高、选择性好、操作简便、 分析速度快。
红外光谱法
原理
利用物质在红外光区的吸收特性 进行分析。红外光谱是分子振动 和转动能级的跃迁产生的，可用
03 电化学分析法
CHAPTER
电位分析法
原理
利用电极电位与待测离子浓度之间的关系，通过测量电极电位来 确定待测离子浓度的分析方法。
应用
广泛应用于水质分析、环境监测、生物医学等领域，如pH计测量 溶液酸碱度、离子选择性电极测量特定离子浓度等。
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➢ 还可看出热稳定性温度区，反应区，反应所产生的中间体 和最终产物。
例：固体热分解反应：A（W固0 ）→B（固）＋C（气）的典型 热重曲线如图所示
W1
失重百分数为： （W0－W1）/W0×100%
举例：PET （聚对苯二甲酸类塑料）的热分解
4.2、微商热重曲线(DTG曲线)：
试样质量变化率与温度或时间的关系曲线。 纵坐标：dW／dt(或dW／dT)---从上到下减少 横坐标：温度或时间---自左至右增加
17
6. 热重分析应用举例
CuSO4·5H2O的TG曲线
CuSO4·5H2O的热分解行为 研实验究条件为试样质量为：10.8 mg，
升温速率为10 ℃/min， 采用静态空气，在铝坩埚中进行
曲线AB段为一平台，表示试样在室温至45℃间无失重。故mo=10.8 mg。 曲线BC为第一台阶，失重为mo-m1=1.55 mg，求得质量损失率为：
7
2.仪器
基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。
STA 449C热分析仪
3. 基本原理
温控单元
天平
高温炉 热电偶
基本原理:待测物置于耐高温容器中，此容器被置于一具有可程式 控制温度的高温炉中，上端被悬挂在一个具有高灵敏度及精确度 的天平上。在加热或冷却的过程中，由于待测物会因为反应导致 重量的变化，这个因温度变化造成的重量变化可以由天平测量获 得。
15
DTG
TG
➢ DTG曲线的峰顶d2W/dt2 = 0，即失重速率的最大值，它与 TG曲线的拐点相对应。
➢ DTG曲线上的峰的数目和TG曲线的台阶数相等 ➢ DTG曲线上的峰面积与失重量成正比。
5．影响热重曲线的因素
1.实验条件的影响： 加热屏板解决 ⑴ 样品盘的影响
⑵ 挥发物冷凝的影响 升温速率越大，热滞后越严重，
9
4. 热重分析曲线 ➢ TG曲线：
一次微分
➢ DTG曲线：
4.1、热重曲线(TG曲线)： 质量变化对温度的关系曲线
纵坐标：重量 ---由上到下质量减少 横坐标：温度或时间 ---从左到右增加
➢ 热重曲线中，水平部分表示重量恒定，曲线斜率发生变化 的部分表示重量的变化
➢ 根据热重曲线上各步失重量可以简便地计算出各步的失重 分数，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。
第二次理论质量损失率也是14.4%；第三次质量损失率为7.2%； 固体剩余质量理论计算值为63.9%，总失水量为36.1%。理论计算 的质量损失率和TG 测得值基本一致。
14.4% 14.4% 7.2%
三 差热分析
(Differential Thermal Analysis，DTA)
1、概念
是在程序控制温度下测量物质与参比物之间温度差
指物质的质量、温 度、热量、尺寸、 机械特征、声学特 征、光学特征、电
热分析法的核心就是研究物质在受 学特征及磁学特征
热或冷却时产生的物理和化学的变迁速 的任何一种
率、温度以及所涉及的能量和质量变化。
3
3、特点：
1.温度的变化是受程序控制的； 2.能很简便地测定因温度变化而引起材料物性改变的方法。
曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1； 曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6 mg，求得质量损失率：
曲线EF段也是一平台，相应质量为m2； 曲线FG 为第三台阶，质量损失为0.8 mg，可求得质量损失率
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
验证： 根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。计算结 果表明第一次理论质量损失率为
补充内容二 热分析技术
Thermal Analysis
1
一 概述
1、热分析的起源
➢1887年，法（德）国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土 矿物在升温过程中的热性质的变化。 ➢1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照 物间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析 （DTA）技术的原始模型。 ➢1915年，日本人在分析天平的基础上研制出热天平，开创了 热重分析(TG)技术。 ➢1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。 ➢1964年，美国人在DTA技术的基础上发明了示差扫描量热法 (DSC), Perkin-Elmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。
4、应用
测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化（晶型转变 、相态变化和吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原 等）。
4
5、分类
9类17种
国 际
(ICTA) 热分 析 协 Nhomakorabea 确 认 的 热 分 析 技 术
热分析的 四大支柱
5
最常用的三种热分析法
1 热重分析法 TG （Thermo-gravimetry) （微商热重分析法 DTG （Derivative Thermogravimetry ) 2 差热分析法 DTA (Differential Thermal Analysis) 3 示差扫描量热分析法 DSC
导致起始温度和终止温度偏高
⑶ 升温速率的影响
⑷ 气氛的影响
CO2气氛、空气或N2气氛，物质 的反应温度会有较大变化
2.样品的影响： ⑴ 样品用量的影响 ⑵ 样品粒度的影响
最好的办法是根据天平的灵敏度，尽可 能使用少量试样。用量大：吸放热引起 的温度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。
粒度小的比粒度大的试样热分解 温度低，反应区间窄。
2、定义
国际热分析协会(International Confederation for Thermal
Analysis---ICTA) 曾于1977年对热分析技术下了如下定义:
热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与
温度关系的一类技术。
指线性升温、线 性降温、恒温等
指试样本身，也可 指试样的反应产物
与环境温度关系的一种技术。 如相转变、熔化、
(Differential Scanning Calorimetry)
6
二、 热重法 (Thermo-gravimetry，TG)
1.定义
在程序控温下，测量物质的质量与 温度或时间的关系的方法，通常是测 量试样的质量变化与温度的关系。 控升温温方法：法动：态升法温法、恒温法
➢ 在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 恒温法：静态法 ➢ 在恒温条件下，试样质量变化随时间变化的函数关系
例：固体热分解反应：A（W固0 ）→B（固）＋C（气）的典型 热重曲线如图所示
W1
失重百分数为： （W0－W1）/W0×100%
举例：PET （聚对苯二甲酸类塑料）的热分解
4.2、微商热重曲线(DTG曲线)：
试样质量变化率与温度或时间的关系曲线。 纵坐标：dW／dt(或dW／dT)---从上到下减少 横坐标：温度或时间---自左至右增加
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6. 热重分析应用举例
CuSO4·5H2O的TG曲线
CuSO4·5H2O的热分解行为 研实验究条件为试样质量为：10.8 mg，
升温速率为10 ℃/min， 采用静态空气，在铝坩埚中进行
曲线AB段为一平台，表示试样在室温至45℃间无失重。故mo=10.8 mg。 曲线BC为第一台阶，失重为mo-m1=1.55 mg，求得质量损失率为：
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2.仪器
基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。
STA 449C热分析仪
3. 基本原理
温控单元
天平
高温炉 热电偶
基本原理:待测物置于耐高温容器中，此容器被置于一具有可程式 控制温度的高温炉中，上端被悬挂在一个具有高灵敏度及精确度 的天平上。在加热或冷却的过程中，由于待测物会因为反应导致 重量的变化，这个因温度变化造成的重量变化可以由天平测量获 得。
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DTG
TG
➢ DTG曲线的峰顶d2W/dt2 = 0，即失重速率的最大值，它与 TG曲线的拐点相对应。
➢ DTG曲线上的峰的数目和TG曲线的台阶数相等 ➢ DTG曲线上的峰面积与失重量成正比。
5．影响热重曲线的因素
1.实验条件的影响： 加热屏板解决 ⑴ 样品盘的影响
⑵ 挥发物冷凝的影响 升温速率越大，热滞后越严重，
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4. 热重分析曲线 ➢ TG曲线：
一次微分
➢ DTG曲线：
4.1、热重曲线(TG曲线)： 质量变化对温度的关系曲线
纵坐标：重量 ---由上到下质量减少 横坐标：温度或时间 ---从左到右增加
➢ 热重曲线中，水平部分表示重量恒定，曲线斜率发生变化 的部分表示重量的变化
➢ 根据热重曲线上各步失重量可以简便地计算出各步的失重 分数，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。
第二次理论质量损失率也是14.4%；第三次质量损失率为7.2%； 固体剩余质量理论计算值为63.9%，总失水量为36.1%。理论计算 的质量损失率和TG 测得值基本一致。
14.4% 14.4% 7.2%
三 差热分析
(Differential Thermal Analysis，DTA)
1、概念
是在程序控制温度下测量物质与参比物之间温度差
指物质的质量、温 度、热量、尺寸、 机械特征、声学特 征、光学特征、电
热分析法的核心就是研究物质在受 学特征及磁学特征
热或冷却时产生的物理和化学的变迁速 的任何一种
率、温度以及所涉及的能量和质量变化。
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3、特点：
1.温度的变化是受程序控制的； 2.能很简便地测定因温度变化而引起材料物性改变的方法。
曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1； 曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6 mg，求得质量损失率：
曲线EF段也是一平台，相应质量为m2； 曲线FG 为第三台阶，质量损失为0.8 mg，可求得质量损失率
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
验证： 根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。计算结 果表明第一次理论质量损失率为
补充内容二 热分析技术
Thermal Analysis
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一 概述
1、热分析的起源
➢1887年，法（德）国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土 矿物在升温过程中的热性质的变化。 ➢1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照 物间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析 （DTA）技术的原始模型。 ➢1915年，日本人在分析天平的基础上研制出热天平，开创了 热重分析(TG)技术。 ➢1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展。 ➢1964年，美国人在DTA技术的基础上发明了示差扫描量热法 (DSC), Perkin-Elmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。
4、应用
测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化（晶型转变 、相态变化和吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原 等）。
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5、分类
9类17种
国 际
(ICTA) 热分 析 协 Nhomakorabea 确 认 的 热 分 析 技 术
热分析的 四大支柱
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最常用的三种热分析法
1 热重分析法 TG （Thermo-gravimetry) （微商热重分析法 DTG （Derivative Thermogravimetry ) 2 差热分析法 DTA (Differential Thermal Analysis) 3 示差扫描量热分析法 DSC
导致起始温度和终止温度偏高
⑶ 升温速率的影响
⑷ 气氛的影响
CO2气氛、空气或N2气氛，物质 的反应温度会有较大变化
2.样品的影响： ⑴ 样品用量的影响 ⑵ 样品粒度的影响
最好的办法是根据天平的灵敏度，尽可 能使用少量试样。用量大：吸放热引起 的温度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。
粒度小的比粒度大的试样热分解 温度低，反应区间窄。
2、定义
国际热分析协会(International Confederation for Thermal
Analysis---ICTA) 曾于1977年对热分析技术下了如下定义:
热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与
温度关系的一类技术。
指线性升温、线 性降温、恒温等
指试样本身，也可 指试样的反应产物
与环境温度关系的一种技术。 如相转变、熔化、
(Differential Scanning Calorimetry)
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二、 热重法 (Thermo-gravimetry，TG)
1.定义
在程序控温下，测量物质的质量与 温度或时间的关系的方法，通常是测 量试样的质量变化与温度的关系。 控升温温方法：法动：态升法温法、恒温法
➢ 在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 恒温法：静态法 ➢ 在恒温条件下，试样质量变化随时间变化的函数关系