影响DSC和TG分析结果的主要因素
锂离子电池中的热重差热分析方法(TG-DSC)参数选择和曲线分析
锂离子电池中的热重差热分析方法（TG-DSC)的参数选择和曲线分析一．测试原理在锂离子电池研究分析中，热重差热分析方法（TG-DSC)一般用来研究锂离子正负极材料的合成分析研究中，用来指导改善合成条件。
热重差热分析方法（TG-DSC)其实是2种分析方法，是热重分析和差热分析，为了测试方便，通常把这2种方法合成在一起通过热重差热仪，测试一个样品可以得到2种曲线。
热重分析原理：在程序控温下,测量物质与温度的关系的技术(包括在恒温下,测量物质的质量与时间的关系)差热分析原理：差热分析的基本原理是将被测物质与参比物质放在同一条件的测温热电偶上,在程序温度控制下,测量物质与参比物之间温度差与温度变化的一种技术。
其实际就是通过测量材料状态改变时产生的热力学性能变化，来判断材料物理或化学变化过程。
通过重量和热量的变化可以推测材料在升温过程中，材料发生的变化。
二．电池材料测试过程中的差热热重分析数据的受哪些因素的影响呢？（1）样品与称量皿选择选择好样品后，选择称量皿时必须考虑样品在选定的温度范围内不发生化学反应。
否则肯定会影响测定结果。
（2）升温速率的选择升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
比如锂离子磷酸铁锂正极材料的温升速度一般选择为5°/min-10°/min之间。
（3）材料粒度样品的粒度大，材料内部的气体就不容易挥发出来，这样会影响曲线的变化，太细，就容易导致差热曲线往低温方向移动。
锂离子电池的测试中，比如正极材料，一般为纳米或者微米级别。
（4）样品的用量样品的用量也会影响测试数据，试样量小， 测试设备的灵敏度会下降。
试样量大的优点是可以观察到细小的转变，可以得到较精确的定量结果。
在正极材料的测试中，一般测试的样品要求在5～30 mg之间变动。
（5）气氛的影响（氧化/还原、 惰性， 热导性， 静态/动态）一般锂离子电池材料测试中，采用惰性气体进行保护测试。
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法（DSC）-化学实验中心
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)一、实验目的1.了解DTA、DSC的原理。
2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。
二、实验原理1．DTA图（11-1）是DTA的示意图。
通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。
比较先进的仪器还有数据处理部分。
温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。
气氛控制是为试样提供真空、保护气氛和反应气氛，它包括真空泵、充气钢瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
交换器是由同种材料做成的一对热电偶，将它们反向串接，组成差示热电偶，并分别置于试样和参比物盛器的底部下面，示差热电偶的电压信号，加以放大后送到显示记录。
参比物应选择那些在实验温度范围内不发生热效应的物质，如α-Al2O3、石英粉、MgO粉等，它的热容和热导率与样品应尽可能相近，当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时，若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，ΔT＝0，差示热电偶无信号输出，记录仪上记录温差的笔仅划一条直线，称为基线。
另一支笔记参比物温度变化。
而当试样温度上升到某一温度发生热效应时，试样温度与参比物温度不再相等，ΔT≠0，差示热电偶有信号输出，这时就偏离基线而划出曲线。
ΔT随温度变化的曲线即DTA曲线。
温差ΔT作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上。
炉子的温度T w以一定的速度变化，基准物的温度T r在t＝0时与T w相等。
但当T w开始随时间增加时，由于基准物与容器有热容C r，发生一定的滞后；试样温度T s也相同，不同的热容，滞后的时间也不同，T w、T r、T s之间出现差距，在试样不发生任何热变化时ΔT呈定值，如图12-2所示。
其值与热容、热导和升温速度有关。
而热容、热导又随温度变化，这样，在整个升温过程中基线会发生不同程度的漂移。
FTIR、DSC、TG在聚合物材料一致性控制中的应用及其影响因素的研究
( 1) 扫描次数对实验结果的影响 如图 2所 示， 从上到 下的扫 描次数 依次 为8、 16、32、64、128，从图中可以看到扫描次数对PS
40 家电 科技
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标准
圉2不同扫描次数的聚苯乙烯红外光谱
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图1为PS红外 光谱图 。在 3125c m。～3000c m。 附近有丰富的谱带，对应于苯环氢的伸缩振动； 16 00 cm。。和1 49 2cm’‘为苯环的伸缩振动，7 55 cm。 和700c m。1为苯环氢的面外弯曲振动，1068c m。和 1027c m。为苯环的平面振动。通过这些特征峰可 以大致鉴别未知塑料是否为聚苯乙烯。由于不同 物质含有自身特定的基团与结构，而不同的基团 在红外中的吸收峰不同，通过该原理即可大致判 断区分常用塑 料的种类。
Abs t r ac t ：Appl i ca t i on i n pol ymer mat er i a l s c ons i s t e ncy cont r ol of FTI R、DSC、TG wer e di s cuss ed by us i ng PS as a s ampl e．The pre s ent s t udy had anal yzed t h e ef f e ct s of on FTI R；t he ef f e ct s of gas f l ow r a t e，hea t i n g r a t e，sa mpl e ma s s on DSC and TG． Keywor ds ：I R s pe c t r a ；DSC；TG；PS；Ma t e r i al c ons i s t e ncy cont r ol ；I nf l ue nc i ng f i ng Yu Liyu Fu di nwei Hu Boning Li Ta ng hua Li n gui f en g Wang Hai tao Hua ng
tga 与dsc工作原理
TGA与DSC工作原理
热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）和差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是两种常用的热分析技术，它们的工作原理如下：
1. TGA：
TGA是一种测量物质在升温或降温过程中质量变化的技术。
样品被放置在一个加热炉中，在程序控制的温度和气氛下进行加热或冷却。
当样品发生化学反应或物理变化时，会引起质量的变化，这种质量变化可以通过测量样品的重量或质量变化率来获得。
TGA可以用于研究物质的热稳定性、反应动力学、分解反应等。
2. DSC：
DSC是一种测量物质在升温或降温过程中吸收或释放热量的技术。
样品和对照物（通常是惰性气体）被放入一个加热炉中，在程序控制的温度和气氛下进行加热或冷却。
当样品和对照物之间存在热量差异时，会产生热量差，这种热量差可以通过测量样品和对照物之间的温度差来获得。
DSC 可以用于研究物质的相变、反应动力学、热稳定性等。
总的来说，TGA和DSC都是热分析技术，可以用于研究物质在热处理过程中的变化。
它们的区别在于TGA是通过测量样品的质量变化来获得信息，而DSC是通过测量样品
和对照物之间的热量差来获得信息。
影响dsc分析结果的主要原因
影响DSC分析结果的主要因素1. 样品量样品量少，样品的分辨率髙，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
另一方面，样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加，峰起始温度基本不变，但峰顶温度增加，峰结束温度也提高，因此如同类样品要相互比较差异，最好采用相同的量。
2. 升温速率通常升温速率范围在5～20度/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾，人们一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般，随着升温速率的增加，融化峰起始温度变化不大，而峰顶和峰结束温度提高，峰形变宽。
3. 气氛一般使用惰性气体，如氮气、氩气、氦气等，就不会产生氧化反应峰，同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定（如10ml/min），否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响，要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍，所以在做低温DSC用氦气作保护气时，冷却速度加快，测定时间缩短，但因为氦气热导率髙，使峰检测灵敏度降低，约是氮气的40％，因此在氦气中测定热量时，要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时，要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的DSC曲线，来解释一些氧化反应。
TG分析的主要影响因素一、仪器的影响1. 浮力的影响（1）热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。
（2）热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。
2. 坩埚的影响热分析用的坩埚(或称试样杯、试样皿)材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性，也不能有催化活性。
坩埚的大小、重量和几何形状对热分析也有影响。
3. 挥发物再冷凝的影响试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了仪器，而且还使测得的失重量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形，使测定不准，也不能重复。
实验17- DSC测定聚合物的Tg和Tm
实验17DSC测定聚合物的T g和T m一、实验目的1．了解差示扫描量热仪（DSC）的原理及仪器装置。
2．掌握使用DSC测试聚合物T g和T m的方法。
二、基本原理材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理变化或化学反应，同时产生热效应和质量方面的变化，这是热分析技术的基础。
热分析（Thermal Analysis）即是在程序温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。
1963年美国Perkin-Elmer公司生产了第一台商业化产品DSC-1，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，DSC即在程序温度下，测量输入到物质和参比物的功率与温度（时间）的关系的技术，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，灵敏度和精确度更高，试样用量更少，而且分辨率和重现性也比DTA好。
由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，DSC可以精确地地测定样品在被加热、冷却或恒温时吸收或放出的能量（热），主要用于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。
按所用的测量方法分为功率补偿DSC（Power-compensation DSC）和热流DSC（Heat Flux DSC）两种。
前者的技术思想是通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物间热流差成正比关系。
功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个是控制温度，使试样和参比物以预定的程序升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物间的温差，不需要复杂的热流方程，因为系统直接测定自样品中流入和流出的能量。
109110图17-1功率补偿式DSC 原理在功率补偿DSC 中，样品和参比材料分别放入各成一体的量热器中，样品与参比物的热容存在差异，或者材料有热效应时，为了维持样品与参比物的动态零温差，输入到样品和参比的功率会有所不同，仪器立即对样品进行功率补偿，从补偿功率可以直接求得热流率：dt dH dt dQ dt dQ W =-=∆r s (1)式中ΔW 为所补偿的功率，Q s 为试样的吸热量，Q r 为参比物的吸热量，dt dH 为热流率（mW ）。
热分析实验技巧 - 升温速率对DSC与TG测试的影响
400500600700800900Temperature/°C20406080100Mass/%2-dim.Avrami-Erofeev 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图2. 采用A2模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)400500600700800900Temperature/20406080100Mass/%1st order reaction 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图3. 采用F1模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)400500600700800900Temperature/°C20406080100Mass/%3-dim.diffusion Jander's type 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图4. 采用D3模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)采用相同升温速率进行多次测试时, 上述局部解法比较合适, 因为测量误差可相互抵消。
但以不同的升温速率进行测试时, 局部解法难以获得更高的分辨能力。
4. 从实际测量数据获取热力学模型 ……待续连载: 热分析实验技巧 (1)德国耐驰仪器制造有限公司 应用实验室 徐梁一、升温速率对DSC 与TG 测试的影响 • 快速升温: 易产生反应滞后, 样品内温度梯度增大, 峰 (平台) 分离能力下降；DSC 基线漂移较大, 但能提高灵敏度、峰形较大。
• 慢速升温: 有利于DTA 、DSC 、DTG 相邻峰的分离；TG 相邻失重平台的分离；DSC 基线漂移较小, 但峰形也较小。
热分析技术简介大全TG-DTA-DSC
热重仪器结构示意图
3、影响热重法测定结果的因素
➢仪器因素
• 升温速率 • 炉内气氛 • 支持器及坩埚材料 • 炉子的几何形状 • 热天平灵敏度
➢试样因素
• 试样用量 • 试样粒度
升温速率
➢ 对热重法影响比较大。
➢ 升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重， 往往导致热重曲线上的起始温度Ti和终止温度Tf 偏高。虽然分解温度随升温速率变化而变化， 但失重量保持恒定。
差热曲线或DTA曲线：描述这种变化的曲线。
参比物：在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。 常见的α-Al2O3、MgO等
热分析依据：
物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着 吸热和放热现象。如晶型转变、升华、蒸发、熔融等物理变 化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随 一定的热效应变化。差热分析正是建立在物质的这类性质基 础之上的一种方法。
寿命的研究； ➢ 石油、煤炭和木材的热裂解 ➢ 反应动力学研究。
应用举例
Weight loss(wt%, daf) Rate of weight loss (%/s)
• 大同煤的TG－DTG分析
0.00
100
-0.02
90
10K/min
N 25ml/min
80
2
25mg
70
-0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12
1953年 W.L.De Keyser在热重分析仪器基础上发明了微熵热 重仪，得到了热重—微熵热重曲线图。
1964年美国的瓦特逊（Watson）和奥尼尔（O‘Neill）在DTA 技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC），美国PE公 司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出 了贡献。
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影响DSC分析结果的主要因素
1. 样品量
样品量少，样品的分辨率髙，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
另一方面，样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加，峰起始温度基本不变，但峰顶温度增加，峰结束温度也提高，因此如同类样品要相互比较差异，最好采用相同的量。
2. 升温速率
通常升温速率范围在5～20度/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾，一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般，随着升温速率的增加，融化峰起始温度变化不大，而峰顶和峰结束温度提高，峰形变宽。
3. 气氛
一般使用惰性气体，如氮气、氩气、氦气等，就不会产生氧化反应峰，同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定（如10ml/min），否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响，要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍，所以在做低温DSC用氦气作保护气时，冷却速度加快，测定时间缩短，但因为氦气热导率髙，使峰检测灵敏度降低，约是氮气的40％，因此在氦气中测定热量时，要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时，要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的DSC曲线，来解释一些氧化反应。
TG分析的主要影响因素『感谢tigerbeg提供』
一、仪器的影响
1. 浮力的影响
（1）热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。
（2）热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。
2. 坩埚的影响
热分析用的坩埚(或称试样杯、试样皿)材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性，也不能有催化活性。
坩埚的大小、重量和几何形状对热分析也有影响。
3. 挥发物再冷凝的影响
试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了仪器，而且还使测得的失重量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG 曲线变形，使测定不准，也不能重复。
为解决这个问题可适当向热天平通适量气体。
二、操作条件的影响
1. 升温速率的影响
这是对TG测定影响最大的因素。
升温速率越大温度滞后越严重，开始分解温度Ti及终止分解温度Tf都越高。
温度区间也越宽。
一般进行热重法测定不要采用太高的升温速率，对传热差的高分子物试样一般用5～10K／min，对传热好的无机物、金属试样可用10～20K／min，对作动力学分析还要低一些。
2. 气氛的影响
热天平周围气氛的改变对TG曲线的影响也非常显著。
在流动气氛中进行TG测定时，流速大小、气氛纯度、进气温度等是否稳定，对TG曲线都有影响。
一般，气流速度大，对传热和逸出气体扩散都有利。
使热分解温度降低。
对于真空和高压热天平，气氛压力对TG也有很大影响。
3.试样用量、粒度和装填情况的影响
试样用量多时，要过较长时间内部才能达到分解温度。
试样粒度对TG曲线的影响与用量的影响相似，粒度越小，反应面积越大，反应更易进行，反应也越快，使TG曲线的Ti和Tf都低，反应区间也窄。
试样装填情况首先要求颗粒均匀，必要时要过筛。