材料测试 热重分析TG
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文库发布：热重分析tg
•精确反映样品的起始反应温度，达 到最大反应速率的温度（峰值）， 反应终止温度。
•利用DTG的峰面积与样品对应的重 量变化成正比，可精确的进行定量 分析。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
1. 聚合物热稳定性的评价 2. 聚合物组成的剖析 3. 研究聚合物固化 4. 研究聚合物中添加剂的作用 5. 研究聚合物的降解反应动力学
活化能 气体常数
反应级数 失重率
ln[ d ] ln A1 n E
dT
RT
在多个升温速率下，给定失重率，以
作图，斜率为活化能E，截距为
ln[
d
dT
]
1 RT
ln A1 n
ln A1 n ln A n ln(1 )
以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A
第六章 热重分析 Thermal Gravimetric Analysis
TGA
第六章 热重分析 (TGA)
6.1 热分析简介 6.2 TG基本原理 6.3 TG实验技术 6.4 TG在聚合物材料中的应用
6.1 热分析简介
现代热分析技术指在程序控温下，测量物质的物理
性质随温度变化的一类技术。
通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化， 来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变 化等。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
4. 研究聚合物中添加剂的作用
• 聚合物中常用的添加增塑剂，其用量和品种不同，对材料 作用效果不同。
增塑剂
• 发泡剂的性能和用量直接影响泡沫材料的性能和制造工艺 条件。
发泡剂
可获得适宜的成型温度条件，即发泡剂开始分解的温度。
• 阻燃剂在聚合物中有特殊效果，阻燃剂的种类和用量选择 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。
•利用DTG的峰面积与样品对应的重 量变化成正比，可精确的进行定量 分析。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
1. 聚合物热稳定性的评价 2. 聚合物组成的剖析 3. 研究聚合物固化 4. 研究聚合物中添加剂的作用 5. 研究聚合物的降解反应动力学
活化能 气体常数
反应级数 失重率
ln[ d ] ln A1 n E
dT
RT
在多个升温速率下，给定失重率，以
作图，斜率为活化能E，截距为
ln[
d
dT
]
1 RT
ln A1 n
ln A1 n ln A n ln(1 )
以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A
第六章 热重分析 Thermal Gravimetric Analysis
TGA
第六章 热重分析 (TGA)
6.1 热分析简介 6.2 TG基本原理 6.3 TG实验技术 6.4 TG在聚合物材料中的应用
6.1 热分析简介
现代热分析技术指在程序控温下，测量物质的物理
性质随温度变化的一类技术。
通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化， 来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变 化等。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
4. 研究聚合物中添加剂的作用
• 聚合物中常用的添加增塑剂，其用量和品种不同，对材料 作用效果不同。
增塑剂
• 发泡剂的性能和用量直接影响泡沫材料的性能和制造工艺 条件。
发泡剂
可获得适宜的成型温度条件，即发泡剂开始分解的温度。
• 阻燃剂在聚合物中有特殊效果，阻燃剂的种类和用量选择 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。
tg测定原理
tg测定原理
TG测定（热重分析）原理是利用样品在加热过程中质量的变化来测定样品的热性质和热稳定性。
TG测定的基本原理是将待测样品放置在称量精确的样品盘中，通过加热样品盘使样品温度升高，并同时测量样品的质量的变化。
在加热过程中，当样品发生热分解、失重或反应时，样品质量将发生变化。
通过记录样品质量随时间或温度的变化曲线，可以推断出样品的热性质、热分解温度、失重量等信息。
TG测定的实验装置主要包括样品盘、温度控制系统和质量测量系统。
样品盘通常由耐高温的材料制成，可以承受高温下的加热和样品质量变化。
温度控制系统通过加热器和温度传感器控制样品的加热过程，确保样品温度的稳定和准确。
质量测量系统一般采用电子天平或质量传感器来测量样品质量的变化。
根据样品质量随时间或温度的变化曲线，可以分析出样品的热失重特性，即样品在加热过程中发生的热分解、蒸发、氧化等反应。
通过对比不同样品的TG曲线，还可以比较样品的热稳定性和热分解温度。
热重分析法(TGA)
例：化纤助剂215oC和236oC恒温失重，失重10%所 需时间分别为282.4min ,64min，代入上式，得 lnτ=7.624×103.1/T-13.172 由上式可得任何温度时的热寿命
6.聚合物热降解和热氧降解动 力学研究
热分析联用技术
• DTA-TGA联用 • DSC-TGA联用 • 高温裂解质谱-TGA
热重分析法（ＴＧＡ） ---Thermogravimetric Analyzer
TGA定义
热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温 度关系的一种技术。
程序控温下
物质的质量
温度
热降解 热氧降解 降解动力学
UG=f(T)
TGA仪器结构与测量原理
光源 支架 梁
感应线圈
加热器 样品盘
磁铁
热电偶
挡板
光电管
H Cl
(C C)n HH
PVC分解分两个阶段的原因
第一阶 段：
200oC~300oC之间
由于大分子链脱HCl引起。
第二阶 段：
420oC左右。由于PVC主链断裂引起。(两个相互 竞争的反应(分子内环化反应和分子间交联反应)
2 增重添加剂和杂质可分为两类：一类是 挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子 量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一 类是无机填料，如SiO2、碳纤维等，它们热稳 定性很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留
原子几乎覆盖了整个高分子链的表面
/post/ptfe-properties-and-
applications.html
FF
HH
(C C)
n
(C C)
FF
HH
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
H CH3 (C C)n HC
6.聚合物热降解和热氧降解动 力学研究
热分析联用技术
• DTA-TGA联用 • DSC-TGA联用 • 高温裂解质谱-TGA
热重分析法（ＴＧＡ） ---Thermogravimetric Analyzer
TGA定义
热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温 度关系的一种技术。
程序控温下
物质的质量
温度
热降解 热氧降解 降解动力学
UG=f(T)
TGA仪器结构与测量原理
光源 支架 梁
感应线圈
加热器 样品盘
磁铁
热电偶
挡板
光电管
H Cl
(C C)n HH
PVC分解分两个阶段的原因
第一阶 段：
200oC~300oC之间
由于大分子链脱HCl引起。
第二阶 段：
420oC左右。由于PVC主链断裂引起。(两个相互 竞争的反应(分子内环化反应和分子间交联反应)
2 增重添加剂和杂质可分为两类：一类是 挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子 量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一 类是无机填料，如SiO2、碳纤维等，它们热稳 定性很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留
原子几乎覆盖了整个高分子链的表面
/post/ptfe-properties-and-
applications.html
FF
HH
(C C)
n
(C C)
FF
HH
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
H CH3 (C C)n HC
热重分析技术简介—TG
80
40
0 100 200 300
Peak: 455.5 °C 400 500 Temperature /°C
PA的TG曲线
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
16
实验结果的影响因素
升温速度的影响
TG /% DTG /(%/min) 0 -5 80 -10 -15 60 -20 -25 40 -30 -35 -40 -45 360 380 400 420 440 Temperature /°C 460 480 500
4
热分析
ICTA 热分析方法
T G TM A
DTA 温度
电学 力学
质量
光学 热量 DS C
尺寸
磁学 声学
DM A
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
脱水、脱酸
组分分析
分解动力学
TG-IR联用简介
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
21
TG的应用
材料测试-热重分析TG课件
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，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
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，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC) ppt课件
of the first Na-containing i-QC, i-Na13Au12Ga15,
which belongs to the Bergman type but has an
extremely low valence electron-to-atom (e/a)
value of 1.75
PPT课件
800
1000
1200
140 780
180 205
1030
450
PPT课件Tຫໍສະໝຸດ ℃10差热分析法（DTA）
参比物：在测量温度范围 内不发生任何热效应的物 质，如-Al2O3、MgO等。
程序控温下， 测量物与参比 物的温差与温 度的关系 ΔT=f(T) 正峰：放热 倒峰：吸热
PPT课件
11
差示扫描量热法
PPT课件
21
亮点
金属氧化物薄层通常制备方法：原子层沉积、脉冲激 光沉积、化学气相沉积、射频溅射、喷墨印刷等方法。
本文—— “combustion” process in which the
heat required for oxide lattice formation is provided by the large internal energies of the precursors
PPT课件
22
略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
PPT课件
23
贰
PPT课件
24
《应用化学》（德语：Angewandte Chemie） 每周出版一期 由德国化学会出版，由约翰威立公司发行。
PPT课件
25
主要内容
we report the discovery and characterizations
6 热重法(TG)
•1-横梁 2-支梁 3-感应线圈 4-磁铁 5-平衡砝码 6-光源 •7-挡板 8-光电管 9-微电流放大器 10-加热器 11-样品盘
•12-热电偶
聚合物“典型” TG曲线
100% W%
50%
0
水 / 溶剂挥发 低分子物质挥发
W1% W2%
聚合物分解
W3% 残留物
100 200 300 400 500 600 700 800
根据TG考察固化温度
已知组成的聚合物体系组分定量分析
100%
W%
PVB PVB+PLAS
（PVB+PLAS）萃取后
0 100 200 300 400 500 T
共聚物共聚组成测定 共混物共混组成测定
◆ 在已知分解机理时，共聚单元分解温明显不同的 共聚物共聚组成测定
如： 氯乙烯-PAN共聚物 乙烯-醋酸乙烯共聚物
……….
W%
T
◆ TG用途 聚合物TG曲线上重量与温度（或时间）的关系
• 反映材料的耐热性能 • 便于定量分析聚合物体系各组分的含量 • 可用于考察固化反应的最佳条件
• 4.2 TG原理 4.2.1 TG的基本思想
• 材料在受热过程中，伴随温度的变化会相继发 生蒸发、升华\脱附及化学变化；将由此引起 的材料重量变化测试记录下来，
N2气氛
PVC两阶段热分解
第一阶段： 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。
~C-C-C-C~ ~C=C-C=C-C~ + HCl 第二阶段： 420oC左右。由于PVC主链断裂起。
PVC在N2气氛中两阶段热分解
100 80 W% 60 40 20
脱HCl
？？
脱烃类小分子
•12-热电偶
聚合物“典型” TG曲线
100% W%
50%
0
水 / 溶剂挥发 低分子物质挥发
W1% W2%
聚合物分解
W3% 残留物
100 200 300 400 500 600 700 800
根据TG考察固化温度
已知组成的聚合物体系组分定量分析
100%
W%
PVB PVB+PLAS
（PVB+PLAS）萃取后
0 100 200 300 400 500 T
共聚物共聚组成测定 共混物共混组成测定
◆ 在已知分解机理时，共聚单元分解温明显不同的 共聚物共聚组成测定
如： 氯乙烯-PAN共聚物 乙烯-醋酸乙烯共聚物
……….
W%
T
◆ TG用途 聚合物TG曲线上重量与温度（或时间）的关系
• 反映材料的耐热性能 • 便于定量分析聚合物体系各组分的含量 • 可用于考察固化反应的最佳条件
• 4.2 TG原理 4.2.1 TG的基本思想
• 材料在受热过程中，伴随温度的变化会相继发 生蒸发、升华\脱附及化学变化；将由此引起 的材料重量变化测试记录下来，
N2气氛
PVC两阶段热分解
第一阶段： 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。
~C-C-C-C~ ~C=C-C=C-C~ + HCl 第二阶段： 420oC左右。由于PVC主链断裂起。
PVC在N2气氛中两阶段热分解
100 80 W% 60 40 20
脱HCl
？？
脱烃类小分子
热重分析TGDTGDSC
数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
7
Sichuan University
1、热重分析仪 „„热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记 录仪。
8
Sichuan University
热天平种类
9
Sichuan University
差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标 是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示放热反应 ，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。
2019/8/26 35
Sichuan University
DTA曲线术语
典型的DTA曲线
2019/8/26 36
Sichuan University
2019/8/26
c＞b＞a
Sichuan University
2. 材料组成的剖析 添加剂的分析
水 2%
玻璃 18%
树脂 80%
TG法确定玻璃钢 材料中玻璃纤维 成分的含量
Sichuan University
聚四氟乙烯中炭黑和SiO2的含量确定
PTFE 31.5%
炭黑 18.0%
SiO2
50.5%
Sichuan University
2019/8/26 41
Sichuan University
2019/8/26 42
Sichuan University
差热分析时，炉温Tw以φ开始升温，由于存 在热阻，TS、TR均滞后于Tw，经过一段时 间以后，两者才以φ升温。
升温过程中，由于试样与参比物的热容量 不 同 （ Cs≠CR ） 它 们 对 Tw 的 温 度 滞 后 并 不 同（热容大的滞后时间长），这样试样和 参比物之间产生温差△T。当它们的热容量 差被热传导自动补偿以后，试样和参比物 才按照程序升温速度φ升温。此时△T成为 定值△Ta，从而形成了差热曲线的基线。
7
Sichuan University
1、热重分析仪 „„热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记 录仪。
8
Sichuan University
热天平种类
9
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差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标 是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示放热反应 ，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。
2019/8/26 35
Sichuan University
DTA曲线术语
典型的DTA曲线
2019/8/26 36
Sichuan University
2019/8/26
c＞b＞a
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2. 材料组成的剖析 添加剂的分析
水 2%
玻璃 18%
树脂 80%
TG法确定玻璃钢 材料中玻璃纤维 成分的含量
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聚四氟乙烯中炭黑和SiO2的含量确定
PTFE 31.5%
炭黑 18.0%
SiO2
50.5%
Sichuan University
2019/8/26 41
Sichuan University
2019/8/26 42
Sichuan University
差热分析时，炉温Tw以φ开始升温，由于存 在热阻，TS、TR均滞后于Tw，经过一段时 间以后，两者才以φ升温。
升温过程中，由于试样与参比物的热容量 不 同 （ Cs≠CR ） 它 们 对 Tw 的 温 度 滞 后 并 不 同（热容大的滞后时间长），这样试样和 参比物之间产生温差△T。当它们的热容量 差被热传导自动补偿以后，试样和参比物 才按照程序升温速度φ升温。此时△T成为 定值△Ta，从而形成了差热曲线的基线。
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➢DTG曲线上出现的峰与TG 曲线上两台阶间质量发生变 化的部分相对应，峰数对应
天然壳聚糖在空气中的热重曲线
于TG曲线上的台阶数，即失
峰的面积与试验对应的质量变化成正 重的次数.
比，峰顶与失重变化速率最大相对应。
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Weight Loss [%] 一 阶 导 数 [%.min-1 ]
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中 物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性 质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。
❖ 热分析的起源及发展
➢1889年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使 用了温差热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式 发明了差热分析（DTA）技术。
其中，P是物质的一种物理量；
T是物质的温度。
程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、 循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函 数：
其中t是时间。
T＝φ ( t )
即 P＝f（T或t）
❖ 热分析存在的客观物质基础
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到 1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学 性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物 质“指纹图”的性质。
第6章 热分析
6.1 绪 论
❖ 热分析的定义及发展概况
➢ 热分析（thermal analysis）：以热进行分析的一 种方法。
➢ 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA） 第七次会议上，给热分析下的定义：热分析是在 程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的 关系的一类技术。
其数学表达式为：P＝f（T）
➢ 1965年英国麦肯才（Mackinzie）和瑞德弗(Redfern)等人发 起，在苏格兰亚伯丁召开了第一次国际热分析大会，并成立 了国际热分析协会。
❖ 热分析应用领域及研究内容
热分析特点：
➢ 应用的广泛性
热分析广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与 地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工等 领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
➢ 热重法定义（Thermogravimetry，TG） 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度（或时间）关
系的一种技术。 数学表达式为：W=f (T或t) ➢ 微商热重法（Derivative Thermogravimetry，DTG）
将所得到的TG曲线对温度或时间取一阶导数。
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器 串接或间歇联用，常用GC、MS、FTIR、X光衍射仪等对逸 出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的 分析，从而推断出反应机理。
➢方法和技术的多样性
热分析度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
6.2.1热重分析仪器及原理图
➢热重分析仪（TG-50/50H）
耐震性强，无须选择设置场所 可进行高灵敏度测定 TG的基线极为稳定 温度范围：
室温～1000℃/1500℃ 最大样品量：1g
热重法不能称热重分析（TGA）， 记录的曲线称为热重曲线或TG曲线， 不能叫作热谱图（Thermogram）。
100
G
AB
80
60
40
Ti：起始反应温度；
20
0 0
C
T p
H
100 200 300 400 500 600 700 800
T i
Temperature
T f
[℃ ]
Tf：反应终了温度；
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Tp：最大失重速率温度；
多步反应过程可看作是数个单步过程的连续进行或叠加。
TG曲线形状图
6.2.2热重图谱解析
Weight Loss [%]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
0
可
燃
烧 物
DTG
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature [℃ ]
品失重累积量，为积分型曲 线； ➢DTG曲线是TG曲线对温度 或时间的一阶导数，即质量 变化率，dW/dT 或 dW/dt。
➢ 在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。 ➢可在宽广的温度范围内对样品进行研究 ➢对样品的物理状态无特殊要求 ➢所需样品量很少（0.1ug-10mg），仪器灵敏度高（质量变 化的精确度达10-5）
➢可与其它技术联用
热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况。解 释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线 尤其困难。
➢1915年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研 制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热 天平技术。
➢1964年美国瓦特逊（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P－E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。
主要组成部分： 记录天平 加热炉(室温-1000℃) 程序控温系统 记录仪
热天平的基本构造:
热
光源
天
平
的
结 记录系统
构
反射镜
热电偶 炉 样品
校准重量
平衡重量 平衡点
调节装置
热天平：在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器。 它的基本原理是：样品重量变化所引起的天平位移量转化成
电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录； 而电量的大小正比于样品的重量变化量。
DTA DSC
TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析）
DMA（动态机械分析）
EGA （逸出气分析）
➢ 应用最广泛的方法是热重（thermogravimetry, TG）和差 热分析（differential thermal analysis, DTA），其次是差 示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）， 这三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应用的75％ 以上。
天然壳聚糖在空气中的热重曲线
于TG曲线上的台阶数，即失
峰的面积与试验对应的质量变化成正 重的次数.
比，峰顶与失重变化速率最大相对应。
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Weight Loss [%] 一 阶 导 数 [%.min-1 ]
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中 物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性 质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。
❖ 热分析的起源及发展
➢1889年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使 用了温差热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式 发明了差热分析（DTA）技术。
其中，P是物质的一种物理量；
T是物质的温度。
程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、 循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函 数：
其中t是时间。
T＝φ ( t )
即 P＝f（T或t）
❖ 热分析存在的客观物质基础
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到 1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学 性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物 质“指纹图”的性质。
第6章 热分析
6.1 绪 论
❖ 热分析的定义及发展概况
➢ 热分析（thermal analysis）：以热进行分析的一 种方法。
➢ 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA） 第七次会议上，给热分析下的定义：热分析是在 程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的 关系的一类技术。
其数学表达式为：P＝f（T）
➢ 1965年英国麦肯才（Mackinzie）和瑞德弗(Redfern)等人发 起，在苏格兰亚伯丁召开了第一次国际热分析大会，并成立 了国际热分析协会。
❖ 热分析应用领域及研究内容
热分析特点：
➢ 应用的广泛性
热分析广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与 地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工等 领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
➢ 热重法定义（Thermogravimetry，TG） 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度（或时间）关
系的一种技术。 数学表达式为：W=f (T或t) ➢ 微商热重法（Derivative Thermogravimetry，DTG）
将所得到的TG曲线对温度或时间取一阶导数。
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器 串接或间歇联用，常用GC、MS、FTIR、X光衍射仪等对逸 出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的 分析，从而推断出反应机理。
➢方法和技术的多样性
热分析度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
6.2.1热重分析仪器及原理图
➢热重分析仪（TG-50/50H）
耐震性强，无须选择设置场所 可进行高灵敏度测定 TG的基线极为稳定 温度范围：
室温～1000℃/1500℃ 最大样品量：1g
热重法不能称热重分析（TGA）， 记录的曲线称为热重曲线或TG曲线， 不能叫作热谱图（Thermogram）。
100
G
AB
80
60
40
Ti：起始反应温度；
20
0 0
C
T p
H
100 200 300 400 500 600 700 800
T i
Temperature
T f
[℃ ]
Tf：反应终了温度；
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Tp：最大失重速率温度；
多步反应过程可看作是数个单步过程的连续进行或叠加。
TG曲线形状图
6.2.2热重图谱解析
Weight Loss [%]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
0
可
燃
烧 物
DTG
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature [℃ ]
品失重累积量，为积分型曲 线； ➢DTG曲线是TG曲线对温度 或时间的一阶导数，即质量 变化率，dW/dT 或 dW/dt。
➢ 在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。 ➢可在宽广的温度范围内对样品进行研究 ➢对样品的物理状态无特殊要求 ➢所需样品量很少（0.1ug-10mg），仪器灵敏度高（质量变 化的精确度达10-5）
➢可与其它技术联用
热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况。解 释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线 尤其困难。
➢1915年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研 制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热 天平技术。
➢1964年美国瓦特逊（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P－E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。
主要组成部分： 记录天平 加热炉(室温-1000℃) 程序控温系统 记录仪
热天平的基本构造:
热
光源
天
平
的
结 记录系统
构
反射镜
热电偶 炉 样品
校准重量
平衡重量 平衡点
调节装置
热天平：在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器。 它的基本原理是：样品重量变化所引起的天平位移量转化成
电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录； 而电量的大小正比于样品的重量变化量。
DTA DSC
TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析）
DMA（动态机械分析）
EGA （逸出气分析）
➢ 应用最广泛的方法是热重（thermogravimetry, TG）和差 热分析（differential thermal analysis, DTA），其次是差 示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）， 这三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应用的75％ 以上。