2-DSC-TG基本原理
STA 基本原理
同步热分析仪（STA ）基本原理1.DSC 基本原理热流型差示扫描量热仪DSC 为使样品处于一定的温度程序（升／降／恒温）控制下，观察样品和参比物之间的热流差随温度或时间的变化过程。
广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、医药、食品、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等领域。
利用差示扫描量热仪，可以研究材料的熔融与结晶过程、结晶度、玻璃化转变、相转变、液晶转变、氧化稳定性（氧化诱导期O.I.T.）、反应温度与反应热焓，测定物质的比热、纯度，研究高分子共混物的相容性、热固性树脂的固化过程，进行反应动力学研究等。
热流型差示扫描量热仪的基本原理示意如下：在程序温度（线性升温、降温、恒温及其组合等）过程中，当样品发生热效应时，在样品端与参比端之间产生了与温差成正比的热流差，通过热电偶连续测定温差并经灵敏度校正转换为热流差，即可获得如下类型的图谱： / 温度 /℃0.40.200.20.40.60.81.0DSC /(mW/mg)比热变化DSCDS C 典型图谱 PET ,（图中所示为 P ET 聚酯材料的玻璃化转变、冷结晶峰与熔融峰） 放热峰吸热峰:面积: :峰值: :起始点: :终止点:39.36 J/g 248.8 .8 ℃234.0 .0 ℃254.9 .9 ℃:面积: :峰值: :起始点: :终止点:24.8 J/g 137.2 .2 ℃129.7 .7 ℃143.2 .2 ℃ :起始点: :中点: *:比热变化*:70.9 .9 ℃74.3 .3 ℃0.308 J/(g*K)[1.1]↓放热方向按照DIN标准，图中所示向上的为样品的吸热峰（较为典型的吸热效应有熔融、解吸等），向下的为放热峰（较为典型的放热效应有结晶、氧化、固化等），比热变化则体现为基线高度的变化，即曲线上的台阶状拐折（较为典型的比热变化效应为二级相变，包括玻璃化转变、铁磁性转变等）。
热重分析TGDTGDSC共82页文档
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9.1 基本原理
38
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9.2 差热曲线方程
为了对差热曲线进行理论上的分析，从60年 代起就开始进行分析探讨，但由于考虑的影 响因素太多，以致于所建立的理论模型十分 复杂，难以使用。
1975年，神户博太郎对差热曲线提出了一个 理论解析的数学方程式，该方程能够十分简 便的阐述差热曲线所反映的热力学过程和各 种影响因素。
lnA 1n
lA n 1 n lA n n l1 n )(
以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A
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第九章 差热分析法(DTA)
( Differential Thermal Analysis)
33
(如BCD)。 吸热峰、放热峰 峰宽：离开基线后又返回基线之间
的温度间隔(或时间间隔)(B’D’)。 峰高：垂直于温度(或时间)轴的峰顶
到内切基Байду номын сангаас之距离(CF)。 峰面积：峰与内切基线所围之面积
(BCDB)。 外推起始点(出峰点)：峰前沿最大斜
率点切线与基线延长线的交点(G)。
37
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定义：在程序控制温度下，测量物质和参比 物之间的温度差与温度关系的一种技术。
当试样发生任何物理（如相转变、熔化、结 晶、升华等）或化学变化时，所释放或吸收 的热量使试样温度高于或低于参比物的温度 ，从而相应地在DTA曲线上得到放热或吸收 峰。
34
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8.4 TG在材料研究中的应用
1. 热稳定性的评价 2. 组成的剖析
DSC-TG-STA原理与应用资料
应用：
• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 多晶型
• 相容性 • 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例 • 比热
NETZSCH Analyzing & Testing
差热分析 DTA - DSC 的前身
记录的是温差信号 峰面积没有热焓意义
NETZSCH Analyzing & Testing
热固性树脂 - 玻璃化转变
上图为某环氧树脂样品的玻璃化转变测试。根据国际标准，玻璃化转变一般取中点，图中为 129.5℃。比热变化则大致地表征了该转变的剧烈程度。
NETZSCH Analyzing & Testing
橡胶 - 玻璃化转变
玻璃化温度Tg与橡胶 / 无定形塑料的使用温度范围有关。上图比较了多种不同的橡胶材料 的Tg测试结果，对于图中的橡胶而言，玻璃化温度低，说明材料可以应用于较低的环境。
NETZSCH Analyzing & Testing
热流型 DSC
• 样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡
Q
A
△T △X
• 由于热阻的存在，参比与样品之间的温度差（ △T ）与热流差成一定的比例 关系。将△T 对时间积分并乘以比例因子 K，可得到热焓（单位：J/g）：
t
H K Tdt
0
K = f (温度,热阻, 材料性质,…)
NETZSCH Analyzing & Testing
增塑剂对玻璃化温度的影响
图中三批丁腈橡胶（NBR）的差异在于增塑剂含量不同。由于增塑剂的存在降低了分子链之 间的作用力，因此增塑剂含量越高，测得的玻璃化温度越低。
热重分析实验报告
热重分析实验报告姓名：XXX 专业：有机化学学号：312070303004 时间：2012.10.31一、实验目的：1、了解热重分析实验原理、仪器结构及基本特点；2、了解同步热分析仪的应用；3、选用合适的样品，运用同步热分析仪对样品进行热重和差热分析。
二、实验原理：1、热重分析法（TG）的基本原理热重分析法（Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA）为使样品处于一定的温度程序（升／降／恒温）控制下,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
利用热重分析法，可以测定材料在不同气氛下的热稳定性与氧化稳定性，可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进行分析（包括利用TG 测试结果进一步作表观反应动力学研究），可对物质进行成分的定量计算，测定水分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
热重分析仪的基本原理示意如下：炉体（Furnace）为加热体，在由微机控制的一定的温度程序下运作，炉内可通以不同的动态气氛（如N2、Ar、He等保护性气氛，O2、air等氧化性气氛及其他特殊气氛等），或在真空或静态气氛下进行测试。
在测试进程中样品支架下部连接的高精度天平随时感知到样品当前的重量，并将数据传送到计算机，由计算机画出样品重量对温度／时间的曲线（TG 曲线）。
当样品发生重量变化（其原因包括分解、氧化、还原、吸附与解吸附等）时，会在TG曲线上体现为失重（或增重）台阶，由此可以得知该失／增重过程所发生的温度区域，并定量计算失／增重比例。
若对TG曲线进行一次微分计算，得到热重微分曲线（DTG曲线），可以进一步得到重量变化速率等更多信息。
2、热流型差示扫描量热仪（DSC）实验原理热流型差示扫描量热仪（DSC）使样品处于一定的温度程序（升／降／恒温）控制下，观察样品和参比物之间的热流差随温度或时间的变化过程。
同步热分析(TGA-DSC)实验讲义
综合同步热分析（T G A-D S C）实验讲义一、实验目的：用热分析仪对进行TG和DSC分析，并对热分析谱图进行定性和定量分析。
二、预习要求1、了解热分析仪的工作原理和操作方法；2、了解TG和DSC分析的基本原理及热分析谱图的意义。
三、原理1、热分析的定义:热分析(thermal analysis)：顾名思义，可以解释为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，给热分析下了如下定义：即热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理、化学性质与温度的关系的一类技术。
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。
程序控制温度：一般是指线性升温或线性降温，当然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。
也就是把温度看作是时间的函数：T＝φ（t）; t：时间。
常见的物理变化：熔化、沸腾、升华、结晶转变等；常见的化学变化：脱水、降解、分解、氧化，还原、化合反应等。
这两类变化，常伴有焓变，质量、机械性能和力学性能等的变化。
2、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。
3、热分析的起源及发展1899 年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度，正式发明了差热分析（DTA）技术。
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。
热分析技术应用-DSC+TG-2
fusHIII fusHIII
Tfus,i
Tfus,III
晶型 (literature 1,2)
I
AII
BII
III
IV
Tfus in °C
190
185
187
176
173
fusH in kJ mol-1
26
-
22
31
-
由DSC测量获得相图
DSC /(mW/mg) 2.5 exo
2.0
134 .8°C
DSC 204 HP -180～700℃（真空～15MPa）
新能源：甲烷水合物
不同气氛与压力下，冰的熔融以及甲烷水合物的形成与分解
炸药：黑索金
黑索金是一种高度易爆材料，其熔融吸热峰在205℃附近，通常会与爆炸放热峰的起点 重叠在一起。而在高分辨率的DSC204仪器上可将熔融峰和爆炸分解峰很好的分开。实 验测得熔融热焓值为153.9J/g，非常接近纯黑索金的熔融焓160J/g。
非那西汀
1.5
1.0
178.1 J/g 0.5
185 .0°C
对氨基苯(甲)酸
166.2 J/g
130
140
150
160
170
180
Temperature /°C
Schröder – van Laar equation
ln xi
fusHi R
1 Tfus,i
1 T
xi = 某组元在混合物中的含量 i = 1, 2 对应于物质1和2 （x1 + x2 = 1） ΔfusHi ：熔融焓 Tfus,i ：熔融温度
Phase Diagram Phenacetin - p-ABA
dsc测玻璃化转变温度原理
dsc测玻璃化转变温度原理DSC测玻璃化转变温度原理玻璃化转变温度（Tg）是指在升温过程中，非晶态材料从高温液态向低温固态转变的临界温度。
玻璃化转变温度是非晶态材料的一个重要物理性质参数，对材料的力学性能、热学性质、电学性质等有着重要影响。
测定玻璃化转变温度对于了解材料的性质、优化材料的配方以及控制材料的加工过程具有重要意义。
差示扫描量热法（DSC）是一种常用的测定玻璃化转变温度的方法。
DSC测定玻璃化转变温度的原理基于材料在转变过程中的热响应差异。
在DSC实验中，被测样品与一个参比样品同时放置在两个独立的炉腔中，通过控制两个炉腔的温度来实现样品的升温和冷却过程。
当样品经历玻璃化转变温度时，其热容发生突变，从而引起DSC曲线上的峰值或跳变。
通过测定DSC曲线上的峰值或跳变温度，可以得到材料的玻璃化转变温度。
DSC测定玻璃化转变温度的实验步骤如下：1. 准备样品：将待测样品和参比样品分别制备成相同形状和大小，以保证测定的准确性。
2. 夹持样品：将待测样品和参比样品分别夹持在DSC实验仪的样品舱中，确保样品与仪器接触良好。
3. 设置实验条件：根据具体需求，设置实验条件，包括升温速率、冷却速率以及实验温度范围等。
4. 开始实验：启动DSC实验仪，开始升温过程。
实验仪会同时记录样品和参比样品的温度变化和吸热/放热情况。
5. 分析数据：通过分析DSC曲线，找到样品发生玻璃化转变的温度。
通常，玻璃化转变温度对应的峰值或跳变温度会在DSC曲线上显现出来。
DSC测定玻璃化转变温度的优势在于其操作简便、结果可靠、重复性好。
同时，DSC实验仪还可以通过测定热容变化来研究材料的热学性质、热稳定性以及相变行为等。
因此，DSC成为了研究材料性质和加工过程的重要工具。
除了DSC外，还有其他方法可以用于测定玻璃化转变温度，如差示热分析法（DTA）、差示热重分析法（TGA）等。
这些方法在原理和操作上有所不同，但都可以用于测定材料的玻璃化转变温度。
tg、dsc 装置原理 -回复
tg、dsc 装置原理-回复[tg, dsc 装置原理]随着科技的发展，各种新兴的设备和技术逐渐走入人们的视线。
在这些设备中，TG和DSC装置是两种常见的分析仪器，被广泛应用于材料科学、化学以及生物科学等领域。
本文将以中括号内的内容为主题，具体介绍TG 和DSC装置的原理和工作机制。
首先，我们来介绍TG（Thermogravimetric Analyzer，热重分析仪）装置的原理和工作机制。
TG装置主要用于分析样品的质量随温度变化的情况，从而获得样品的热稳定性以及化学反应过程中气体的生成情况。
TG装置的基本组成包括炉膛、天平、温度控制系统和电子秤。
在实验开始前，我们首先将待测试的样品放置在天平上，并通过控制系统设置温度变化的范围和速率。
当实验正式开始时，炉膛会逐渐进行加热，样品与周围环境的温差会引起样品的质量变化。
这种质量变化可以通过装置上的电子秤来测量到。
当样品发生固态和气态反应时，会导致样品的质量发生明显的变化。
在实验过程中，TG装置会持续记录样品的质量变化，并将其绘制成热重曲线。
通过分析曲线的形状、斜率以及峰值位置，我们可以得到关于样品热稳定性和化学反应的重要信息。
例如，峰值位置可能对应于样品中发生的特定化学反应，而曲线斜率可以揭示此反应的速率和热动力学特性。
通过对曲线的定量分析，我们可以获得样品的一系列热力学参数。
接下来，我们来介绍DSC（Differential Scanning Calorimetry，差示扫描量热仪）装置的原理和工作机制。
DSC装置主要用于测量样品在恒定升温速率下的热量吸收或者释放情况，从而得到样品的热力学性质和相变过程。
DSC装置的基本组成包括样品室、参比室、炉膛和控温系统。
在实验开始前，我们将待测试的样品和参比物分别放置在样品室和参比室中，并将它们暴露在相同的温度场中。
当实验开始时，炉膛会逐渐加热，样品和参比物的温度会随之升高。
当样品发生了吸热或者放热反应时，它会吸收或者释放热量。
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micro furnace sample
sample carrier TG cell
压力传感器 卸压阀
保护气入口
气体出口
样品坩埚 循环水（冷 却用） 吹扫气入口 循环水（维持 天平室恒温） 支架提升装置
天平
TG 应用实例 – PET 的热分解
TG 应用实例 – 草酸钙分解
TG /% 100
90 80 70 60 50 40
600
724.ห้องสมุดไป่ตู้ ℃ 700
-3 剩 余 CaO
39.07 % (966.4℃ ) -4
800
900
CaC2O4·H2O CaC2O4 CaCO3
CaC2O4 ＋ H2O CaCO3 ＋ CO
• 传感器的结构差别 DSC 传感器
DTA/SDTA 传感器
DSC vs DTA
• 工作原理差别
DTA 只能测试△T信号，无法建立△H与△T之间的联系
DSC
测试△T信号，并建立△H与△T之间的联系
Q A△△XT
t
H K Tdt
0
SDTA（C-DTA） 计算得到△T信号
DSC 曲线示例
热重分析（TG）基本原理
Furnace
sample
Balance
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，由天平连续测量样 品重量的变化并将数据传递到计算机中对时间／温度进行作图，即 得到热重曲线。
典型热重图谱示例
TG /% 100 80 60
TG 曲线 起始点: 424.6 ℃
DTG 曲线
DTG /(%/min) 5
应用：
• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 多晶型
• 相容性 • 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例 • 比热
差热曲线峰的形成
DSC的前身是差热分析DTA
•
记录的是温差信号 峰面积没有热焓意义
热流型 DSC
Furnace
Sample
.
QPR
Refer.
T
• 样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡
Q
A
△T △X
• 由于热阻的存在，参比与样品之间的温度差（ △T ）与热流 差成一定的比例关系。将△T 对时间积分，可得到热焓：
t
H K Tdt K = f (温度,热阻, 材料性质,…)
0
DSC vs DTA
-12.26 % 失去结晶水
DTG /(%/min)
草酸钙
2
样 品 称 重： 8.258mg
升 温 速 率： 10K/min
气 氛 ： N2
1
坩 埚 ： Al2O3， 敞 口
-18.83 % CO气体逸出 0
100
165.7 ℃
200
300
493.8 ℃
400
500 温度 /℃
-1
CO2气体逸出 -29.85 % -2
DSC传感器类型
t
m
t – 传感器，响应速度最快，具有非常理想的峰分离能力 m – 传感器，灵敏度为普通传感器的十几倍
DSC 附件
为了适应千变万化的各种样品，避 免样品与坩埚材料之间的不相兼容 ，配备了多种不同材质不同特点的 坩埚。
其中的几种坩埚图示如下：
DSC 应用实例 – PET
H eat Flow m W / m g exo
0 质量变化: -96.34 % -5
40
-10
20 0
300
-15
峰值: 455.0 ℃
终止点: 474.5 ℃ -20
350
400
450
500
温度 /℃
TG起始点：热稳定性的表征 DTG 峰温：质量变化速率最大的温度点
DTG的作用
TG 曲线上看，有点像一个单 一步骤的过程
DTG曲线则表明存在两个相邻 失重阶段
2 5 5 .5 °C
冷结晶峰 面 积 : 40.29 J/g
玻璃化转变 起 始 点 : 7 0 .6 °C 中 点 : 7 4 .8 °C 比 热 变 化 : 0.40 J/(g*K)
1 5 0 .8 °C
熔融峰 面 积 : 40.29 J/g
样品名称: 样品质量: 坩埚: 升温速率: 气氛:
T e m p e ra tu re / °C
•
差示扫描量热仪
DSC
基本原理
耐驰仪器（上海）有限公司 应用实验室
DSC 系列
DSC 204 F1: -180～700℃
DSC 200 F3: -150～600℃
DSC 204 HP -180～700℃ （真空～15MPa）
DSC 404 C：-120～1650℃
DSC 原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物 之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
TG 209 F1结构
顶盖（自动升降）
炉体
样品支架
真空
FT(IR23g0a癈s )cell
tra(n2s3f0e癈r li)ne thercmoonctrooul ple
(a2d3a0p癈ter) thercmoonctrooul ple
thercmoonctrooul ple gas outlet
-0.05
60
80
100
120
140
160
180
200
220
温度 /℃
热重分析仪
TG
基本原理
热重分析（TG）基本原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随 温度或时间的变化过程。
应用：
• 质量变化 • 热稳定性 • 分解温度 • 组分分析
• 脱水 • 腐蚀/氧化 • 还原 • 反应动力学
起始点: 93.6 ℃
中点:
98.9 ℃
比热变化*: 0.128 J/(g*K)
0.05
第一次升温
玻璃化转变:
起始点: 50.7 ℃
中点:
57.8 ℃
0.00
比热变化*: 0.135 J/(g*K)
固化峰：
面积: -25.44 J/g 峰值: 177.8 ℃ 起始点: 140.7 ℃ 终止点: 208.0 ℃
PET 20.97 m g Al 10 K / m in N2
DSC应用实例 – 环氧树脂的固化
DSC /(mW/mg) [1.1] 放热
环氧树脂（未固化）
样品称重：10.44mg
0.20
升温速率：10K/min 气氛：N2
坩埚：Al，加盖扎孔
测试仪器：DSC200PC
0.15
0.10
第二次升温
玻璃化转变:
根据 DIN 定义的吸热与放热峰
DSC 信号
DSC204F1 结构
气体：
两路吹扫气，一路保护气 可实现气体的自由切换
制冷方式：
空气制冷～室温 机械制冷～- 85℃ 气氮制冷～-100 ℃ 液氮制冷～-180 ℃
气体出口
空气冷却 保护气氛 参比 样品 热流传感器 炉腔 吹扫气氛
机械冷却
液氮 / 气氮冷却