热重分析
热重分析法
Thermogravimetry
刘敏敏
2011.07.13
基本原理 仪器装置
影响因素
应 用
基本原理
热分析: 是指在程序控温下，测量物质的热力学 性质或其他物理性质随温度或时间的变化，来研究物 质结构的变化和化学反应。
热重分析法(TG):在程序控制温度下，测量物质 的质量与温度变化关系的一种技术。 TG曲线记录的 是质量-温度，质量保留百分率-温度或失重百分率温度的关系。
仪器优势：
1.测量:TGA,DTA,DSC,和TMA 2.测量和控制单元为一体的简洁结构, 并且提高测量的稳定性 3.天平测量范围宽，准确度高，不受 炉温影响 4.购买成本和维护费用低,主要用于实 验室，性价比高
性能参数：
1.温度范围 : Amb.～1600℃ 2.控温速率 : 0.01~49.99 (℃/min) 3.最大样品量 : 20g 4.分辨率 : 0.4 μg 5.冷却速率 : 1600~50℃，小于40分钟
共聚物的TG曲线
坩埚材质为铝（160μL） ，铝 或者铂（20μl 或者 100μL）
影响因素
1.升温速率
升温速率快：TG曲线出现弯曲； 升温速率慢：曲线易出现平台。以较慢的升温速 率为宜：过快的升温速率有时会导致丢失某些中间产 物的信息 。
2. 试样容器形状及材质
对涉及气体的物质有明显影响。 惰性材质 ：铂和陶瓷
m = f ( T或t )
适合热重分析的反应：±Δm
吸附水挥发
Ag2CrO4 → O2↑ + Ag + AgCrO2
失重
质量恒定
定量分析：组成不同，质 量变化不同。 获取信息：热稳定性、抗 热氧化性、吸附水、结晶 水、脱水速率、干燥条件、 热分解等相关信息。
热重分析
100
1.5 80
1.0
Weight (%)
60
40
失重速率用正值表示
0.5
20 0.0 0
-20 400
450Leabharlann 500550600
-0.5 650
Universal V4.2E TA Instruments
Temperature (°C)
TG曲线与DTG 曲线
Deriv. Weight (%/°C)
它表示质量随时间的变化率（失 重速率）与温度（或时间）的关系。
微商热重曲线（DTG）曲线与热重 曲线的对应关系是： ������ 微商曲线上的峰顶点为失重速率 最大值点，与热重曲线的拐点相对应。
微商热重曲线上的峰数与热重曲线的台
阶数相等，微商热重曲线峰面积则与失
重量成正比。
120
TG TG曲线
DTG 2.0
60
40
20
C
0
D
Tef
Ti
500 550 600
-20 450
Temperature (°C)
Tf
650
T
TG 曲线的外推温度
特征分解温度 没有固定的统一的规定，而是多种 多样：
① 将外推起始温度作为特征分解温度
② 最大失重速率温度
③其它
2、 热重仪
热天平 亦即热重仪。在程序温度下，连 续称量试样的仪器。 热天平的结构类型 上皿式 立式 卧式 下吊式
（1）浮力的影响������ （2）试样盘（坩埚） ������ （3）挥发物的冷凝影响 ������（4）温度测量和标定影响
������
（5）仪器的灵敏度
实验条件的影响������
热重分析法的原理及其应用
热重分析法的原理及其应用1. 简介热重分析法 (Thermogravimetric Analysis, TGA) 是一种重要的热分析技术，广泛应用于材料科学、化学、制药、食品、环境等领域。
通过测量样品在升温条件下失重的情况，可以分析样品的热性质、组成、分解行为、热稳定性等参数，为材料研究和质量控制提供重要的参考数据。
2. 原理热重分析法的原理基于样品在升温条件下的质量变化，主要通过测量样品的失重曲线来分析样品的热性质和分解行为。
2.1 实验装置热重分析实验通常使用热重分析仪进行，其基本组成包括热重秤、样品盘、加热器、温度控制系统和质量检测系统等。
2.2 实验步骤1.将待测样品放置在样品盘上，并记录样品的初始质量。
2.将样品盘放置在热重秤上，并将整个装置放入热重分析仪中。
3.设置升温程序和实验参数，如升温速率、起始温度和终止温度等。
4.开始实验，热重分析仪会根据设定的程序升温，并记录样品的质量变化。
5.实验结束后，得到样品的失重曲线图，可以根据曲线图进行数据分析。
2.3 数据分析通过分析失重曲线，可以获取以下信息：•质量损失情况：根据失重曲线的斜率和曲线的形态可以判断样品的质量损失情况，如是否有固定的失重阶段、失重速率等。
•分解温度：可以根据失重曲线上的温度峰值确定样品的分解温度，这是样品发生化学反应的温度范围。
•分解产物：失重曲线的特征包括不同的“台阶”，每个“台阶”对应不同的分解产物，可以分析样品的分解产物和分解机理。
•热稳定性：通过分析失重曲线的持续时间和失重量可以评估样品的热稳定性，用于判断材料的应用范围和安全性。
3. 应用热重分析法在许多领域都有广泛的应用。
3.1 材料学热重分析可以用于评估材料的热稳定性、热分解温度和分解产物。
这对于材料的研发、改性和应用具有重要意义。
例如，通过热重分析可以确定聚合材料的热稳定性，对于制造高温环境下工作的电子器件非常重要。
3.2 化学反应热重分析可以用于研究化学物质的热分解反应和催化反应。
热重分析
第三节 热重分析（TG ）一、基本原理热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系的一种技术，简称TG 。
如熔融、结晶和玻璃化转变之类的热行为，试样确无质量变化，而分解、升华、还原、解吸附、吸附、蒸发等伴有质量改变的热变化可用TG 来测。
如果在程序升温的条件下不断记录试样的重量的变化，即可得到TG 曲线。
如图1所示。
一般可以观察到二到三个台阶，第一个失重台阶W 0—W 2多数发生在100℃以下，这多半是由于试样的吸附水或试样内残留的溶剂挥发所致。
第二个台阶往往是试样内添加的小分子助剂，如高聚物增塑剂、抗老剂和其他助剂的挥发（如纯物质试样则无此部分）。
第三个台阶发生在高温是属于试样本体的分解。
为了清楚地观察到每阶段失重最快的温度。
经常用微分热重曲线DTG （如图1b ）。
这种/dW dt 曲线可以利用电子微分电路在绘制TG 曲线的同时绘出。
对于分解不完全的物质常常留下残留物W R 。
在某种特殊的情况下还会发生增重现象，这可能是物质与环境气体（如空气中的氧）进行了反应所致。
另外目前又出现了一种等温TG 曲线。
这是在某一定温度条件下，观察试样的重量随时间的变化，所以又称“等温热失重法”即：W=f （t ）（温度为定值）W 0 W 1 W 2 W 3重量图1 热重分析曲线（a ）与微商热重曲线（b ）微量天平计算机温度程序器试样和坩埚炉子图2-1 热天平方块图它能提供很多有用的信息，如在某温度下物体的分解速度或某成分的挥发速度等。
二、基本结构热重法的仪器称为热天平，给出的曲线为热重曲线。
热重曲线以时间t 或炉温T 为横坐标，以试样的质量变化（损失）为纵坐标。
热天平的基本单元是微量天平、炉子、温度程序器、气氛控制器以及同时记录这些输出的仪器。
热天平的示意图如图2-1所示。
通常是先由计算机存储一系列质量和温度与时间关系的数据完成测量后，再由时间转换成温度。
三、影响因素虽然由于技术的进步，在设计TG 仪器时进行了周密的考虑，尽量减少各种因素的影响，但是客观上这些因素还不同程度在存在着，为了数据的可靠性，有必要分述如下：1.坩埚的影响坩埚是用来盛装试样的，坩埚具有各种尺寸、形状并由不同材质制成。
热重分析
7
注意事项：
（1）打开仪器外壳或更换保险丝时，断开TGA的电源，移开电
源线。
（2）绝不要充入可能会引起爆炸的混合性气体，不要使用可燃 性气体或有爆炸性的混合气体作为吹扫气体，否则可能会发生爆 炸。
（3）当炉子温度高于300º C时，绝不要关闭恒温水浴槽，否则 仪器的冷却会就此关闭，测量单元的四周会变热而无法控制。
热重分析
顾晶晶
LOREM IPSUM DOLOR
1.热重基本知识 2.热重曲线及其影响因素 3.热重分析在催化中的应用 4.热重分析联用技术
2
1.热重基本知识
Q1.什么是热重分析？ 热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）， 是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化 关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组 份。
20
End
Thank you
21
8
（4）绝不要触碰炉体、炉盖或刚从炉体中取出的样品。
（5）如果测量的是会分解出有毒气体的物质，那么将 测量单元放置在通风橱内。
（6）通过气体出口活塞有控制的排除所有反应气体， 为了合理的排放气体，可以接一段长度适中的管子。
9
2.热重曲线及其影响因素
当几个效应接连发 生，部分重叠，平 台不容易确定时， DTG曲线较TG更清 晰
调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动
恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。
6
Q4.使用热重仪的步骤以及注意事项？ 步骤：称取适当重量样品于坩埚中 打开盖子 - 装入样品坩埚 - 关上盖子 在软件中设定温度程序与气氛等条件，初始化工作条件， 如气体流量、抽真空等
热重分析
热重分析仪热重分析仪热重分析仪（Thermo Gravimetric Analyzer）是一种利用热重法检测物质温度-质量变化关系的仪器。
热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。
当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。
这时热重曲线就不是直线而是有所下降。
通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。
从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5 H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。
通过TGA 实验有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。
热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。
热重法试验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线)，TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。
热重分析仪原理热重分析仪的工作原理热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。
最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。
所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。
零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。
由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。
影响热重分析的因素试样量和试样皿热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。
一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。
热重分析TGA完整版
热重分析TGA完整版热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）是一种热分析技术，通过对样品在不同温度条件下质量的变化进行检测和分析，可以获得样品热稳定性、反应性以及成分等信息。
本文将介绍热重分析的原理、仪器设备、实验步骤以及应用等内容。
热重分析的原理是利用热电偶作为探头，将样品加热至一定温度范围内，并监测样品质量的变化。
当样品受热时，会发生热分解、脱水、脱插等反应，此时会产生质量的变化，通过记录样品质量与温度之间的关系，可以获得样品的热重曲线。
通过分析热重曲线，可以得到样品的热分解温度、失重量、反应动力学等信息。
热重分析的仪器设备主要由加热器、电子天平和温度控制系统组成。
其中，加热器提供恒定的温度场，电子天平能够检测样品质量的变化，并将数据传输到计算机上，温度控制系统能够精确控制样品的加热温度。
进行热重分析的实验步骤如下：1.准备样品：将需要进行热重分析的样品制备成适当的形式，如粉末状或块状。
2.称取样品：使用精确的天平称取适量的样品，通常是数毫克至数十毫克。
为了减小试样质量的不确定性，可以进行多次称重取平均值。
3.装样：将样品放置在热重秤上，并确保样品均匀分布在秤盘上，以减小实验误差。
4.实施实验：将热重秤放入热重仪器中，并设置合适的实验参数，如加热速率、温度范围等。
开始实验后，仪器将按照参数进行加热，并记录样品质量的变化。
5.数据处理：根据实验得到的质量变化数据，绘制热重曲线。
可以通过计算失重率、热分解温度、半失重温度等参数来进一步分析样品的性质。
热重分析广泛应用于材料科学、化学、生物科学、制药工业等多个领域。
在材料科学中，可以通过热重分析来研究材料的热稳定性、热分解机理等。
在化学领域，可以通过热重分析来研究催化剂的活性以及催化反应的动力学。
在生物科学中，可以使用热重分析来研究生物大分子的热稳定性和降解动力学。
在制药工业中，可以通过热重分析来研究药物的热稳定性，以指导药物的储存和使用。
热重分析实验报告
热重分析实验报告实验目的：本实验旨在通过热重分析技术，对样品在不同温度下的质量变化进行研究，从而探究样品的热稳定性和热分解特性。
实验原理：热重分析是一种通过加热样品并测量其质量变化来研究样品热性质的分析技术。
在实验中，样品被置于称量瓶中，然后加热至一定温度范围内，通过记录样品质量随温度的变化，可以得到样品的热重曲线。
根据热重曲线的变化特征，可以分析出样品的热分解温度、热分解速率等信息。
实验步骤：1. 准备样品，将待测样品粉碎并干燥，以保证实验结果的准确性。
2. 装样，将干燥后的样品粉末放入称量瓶中，并记录样品质量。
3. 实验参数设置，设置热重分析仪的加热速率、加热范围等参数。
4. 开始实验，启动热重分析仪，开始对样品进行加热，记录样品质量随温度的变化。
5. 数据分析，根据实验得到的热重曲线，分析样品的热分解温度、热分解速率等参数。
实验结果与分析：通过实验得到的热重曲线，可以清晰地观察到样品在不同温度下的质量变化情况。
根据曲线的变化特征，可以确定样品的热分解温度为XXX摄氏度，热分解速率为XXX。
这些参数可以为进一步研究样品的热性质提供重要参考。
结论：本实验通过热重分析技术，成功研究了样品在不同温度下的质量变化情况，得到了样品的热分解温度和热分解速率等重要参数。
这些参数对于进一步了解样品的热性质具有重要意义。
实验中还发现了一些问题，需要进一步深入研究和分析。
同时，实验过程中也存在一些不足之处，需要进一步改进和完善。
综合来看，本实验取得了一定的成果，对于后续的研究工作具有一定的参考价值。
总结：热重分析技术是一种重要的研究样品热性质的分析方法，通过本实验的开展，对于深入了解样品的热稳定性和热分解特性具有重要意义。
希望通过今后的努力，可以进一步完善实验方法，提高实验数据的准确性和可靠性，为相关领域的研究工作提供更多有益的信息。
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质量分数(%) 一阶导数(%/min)
100 A 80
60
40
20
0 0 100
1.0 BG
–1.0
–3.0
–5.0
–7.0
–9.0
C
Tp
H
–11.0
200 Ti 400 500 Tf 700
T(K)
反应起始温度Ti和反应终了温度Tf之间的温度区间称反应区间。 亦可将G点取作Ti或以失重达到某一预定值(5%、10%等)时的 温度作为Ti，将H点取作Tf。Tp表示最大失重速率温度，对应 DTG曲线的峰顶温度。
传统热重仪器温度校正方法
外加温度校正附件 永磁铁 磁性标准物质，例如Ni 炉体
传统热重仪器温度校正方法
标准物质在居里点处由铁磁体变为顺磁体， TG信号表现为增重。
样品表观重量＝样品实际重量－样品被磁铁吸引的力
温度校正精度 >2℃
热天平可采用不同居里温度的 强磁体来标定。标定时在热天 平外加一磁场，坩埚中放入标 准磁性物质。磁性物质的居里 点是金属从铁磁性向顺磁性相 转变的温度，在居里点产生表 观失重。
质量分数(%) 一阶导数(%/min)
100 A 80
60
40
20
0 0 100
1.0 BG
–1.0
–3.0
–5.0
–7.0
–9.0
C
Tp
H
–11.0
200 Ti 400 500 Tf 700
T(K)
TG曲线上质量基本不变的部分称为平台，两平台之间的部 分称为台阶。B点所对应的温度Ti是指累积质量变化达到能 被热天平检测出的温度，称之为反应起始温度。C点所对应 的温度Tf是指累积质量变化达到最大的温度(TG已检测不出 质量的继续变化)，称之为反应终了温度。
流量对试样的分解温度、测
温精度和TG谱图的形状等的 影响，一般气流速度40-
400 600 800 1000 1200 温度(℃)
50ml/min。
3．样品的粒度和用量
样品的粒度不宜太大、 ΔW 装填的紧密程度适中为好。 同批试验样品，每一样品的 粒度和装填紧密程度要一致。
小用量
大用量
温度→
4．试样皿（坩锅） 试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等，
时，在150-180C出现氧化增
400 600 800 1000 1200 温度(℃)
重。
应考虑气氛与热电偶、试
样容器或仪器的元部件有无
化学反应，是否有爆炸和中
CaCO3 CaO+CO2↑
毒的危险等。气氛处于静态、
还是动态，对试验结果也有 失
重
很大影响。
真空 空气
CO2
气氛处于动态时应注意其
1mg
W＝f（T或t)
一、基本原理
在加热情况下称重 本多式热天平 现代热重仪的基本原理仍是热天平 热天平示意图
TG
分类
根据测量质量变化的方法不同，热天平分为：
⑴零位法（零位式）
质量变化曲线——TG曲线（质量—温度、质量保留百 分率—温度或失重百分率—温度）
微商热重法（DTG，质量变化率—温度或时间）
应注意试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的。 如聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样皿， 因相互间会形成挥发性碳化物。白金试样皿不适宜作含 磷、硫或卤素的聚合物的试样皿，因白金对该类物质有 加氢或脱氢活性。
二、实验技术
（三）温度和称重的校准 1.温度
⑴采用标准物质的分解温度； 温度校准曲线，计算出相对误差。（草酸 Td＝118℃） ⑵采用标准的铁磁性物质的居里点温度
标准物
居里温度(oC)
镍铝合金
155
镍
355
Perkalloy
599
铁
788
Hisat 50
1004
升温速率：40K/min
表观失重(mg)
2
A B
1ห้องสมุดไป่ตู้
D
C
E
0
200 400 600 800 1000
温度(℃)
文献值(oC)
163
354
596
780
1000
二、实验技术
（三）温度和称重的校准 2.称重 ⑴零点校正 要求重复性好 ⑵量程校正 以砝码为基准物进行
W%
dW/dt(dW/dT)
⑵变位法（偏斜式）
t（T)
热重试验的曲线（CURVE）解析
在热重试验中，试样质量W作为 温度T或时间t的函数被连续地记 录 下 来 ， TG 曲 线 表 示 加 热 过 程 中样品失重累积量，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。
二、实验技术
（一）实验条件对TG的影响 1.升温速率
无机材料：10～20℃/min；有机和高分子材料：5～ 10℃/min
2.样品量
样品量少、粒度细、铺平
3.气氛（静态、动态）
真空 空气 二氧化碳
二、实验技术
（二）仪器因素的影响 1.震动
办法：严格防震
2.浮力
办法：做空白实验（空载热重实验），画出校正曲线
第三节 热重法
样品在热环境中发生化学变化、分解、成分 改变时可能伴随着质量的变化。热重分析就 是在不同的热条件（以恒定速度升温或等温 条件下延长时间）下对样品的质量变化加以 测量的动态技术。
热重法(Thermogravimetry, TG)是在程 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。热重分析的结果用热重曲线 (Curve)或微分热重曲线表示。
K／min
700 800 900 1000 1100 ℃ 温度 (℃)
2．气氛
常见的气氛有空气、O2、 N2、He、H2、CO2 、Cl2和水 蒸气等。样品所处气氛的不同 失 导致反应机理的不同。气氛与 重
CaCO3 CaO+CO2↑
真空 空气
CO2
样品发生反应，则TG曲线形
1mg
状受到影响。例如PP使用N2 时，无氧化增重。气氛为空气
3.挥发物冷凝
办法：使用较浅的试样皿
1. 升温速度
0
升温速度越快，温度滞 后越大，Ti及Tf越高，反应 温度区间也越宽。对于无机 材料试样，建议采用的升温 100 速度一般为10 ～ 20K·min-1。 有机和高分子材料：5 ～ 10℃/min
失重（％）
0.42 2.5 10 40 100 240 480
起始 水分 可燃 烧物
填料及 灰分
填充尼龙的TG曲线
质量分数(%) 一阶导数(%/min)
100 A
80
60
40
20
0 0 100
1.0 BG
–1.0
–3.0
–5.0
–7.0
–9.0
C
Tp
H
–11.0
200 Ti 400 500 Tf 700
T(K)
DTG曲线上出现的峰指示质量发生变化，峰的面积与试样的 质量变化成正比，峰顶与失重变化速率最大处相对应。