材料测试-热重分析TG上课讲义
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(完整word版)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。
热重分析法(TG)ppt课件
热重分析法（TG）
硕研09-6 隋鹏
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1
一、热重分析的定义
热重法（TG）又称热失重法，是在程序控
温下，测量物质的质量随温度（或时间）
的变化关系的一种热分析技术。用数学表达
式为：
WfT或 t
热重法通常有动态（升温）和静态（恒温） 之分，但通常是在等速升温条件下进行。
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10
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
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11
在比较热稳定性时，除了失重的温度外，还需 比较失重速率
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12
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
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13
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 乙酸的失重 乙酸乙烯 绝对偏差 (%，化学 （％，TG） （％，TG） （%）
分析)
4.3
3.2
4.6
8.3
5.8
8.3
11.2
7.6
10.9
14.9
10.2
14.6
27.1
18.9
27.1
31.1
21.7
31.1
最新版整理ppt
0.3 0.0 0.3 0.3 0.0 0.0
14
The End
谢谢观看
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15
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4
三、热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 （1）要在反应中有质量变化； （2）是不同的样品组成，质量变化的大小不同。
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。
硕研09-6 隋鹏
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1
一、热重分析的定义
热重法（TG）又称热失重法，是在程序控
温下，测量物质的质量随温度（或时间）
的变化关系的一种热分析技术。用数学表达
式为：
WfT或 t
热重法通常有动态（升温）和静态（恒温） 之分，但通常是在等速升温条件下进行。
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10
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
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在比较热稳定性时，除了失重的温度外，还需 比较失重速率
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12
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
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13
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 乙酸的失重 乙酸乙烯 绝对偏差 (%，化学 （％，TG） （％，TG） （%）
分析)
4.3
3.2
4.6
8.3
5.8
8.3
11.2
7.6
10.9
14.9
10.2
14.6
27.1
18.9
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31.1
21.7
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The End
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4
三、热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 （1）要在反应中有质量变化； （2）是不同的样品组成，质量变化的大小不同。
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。
热分析TGAPPT课件
a 过慢 b 适宜 c 过快
精品课件
22
影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
试样因素
试样用量、粒度、热性质及装填方式 等。 ——用量大，因吸、放热引起的温 度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。 ——粒度细，反应速率快，反应起 始和终止温度降低，反应区间变窄。 粒度粗则反应较慢，反应滞后。 ——装填紧密，试样颗粒间接触好， 利于热传导，但不利于扩散，要求 装填薄而均匀。
精品课件
23
5.3.5 应用
一、材料热稳定性的评价
1.热重曲线直接比较法 采用同样的试验条件 比较开始失重的温度
天平
传感器 尼及 天平复 位器
平衡锤
m 记录仪
T
热重分析仪原理精结品课构件 示意图
9
5.3.3 热重曲线
热重曲线（TG）： 记录质量变化对温度 的关系曲线，纵坐标 是质量，横坐标为温 度或时间。
微商热重曲线 （DTG）：纵坐标为 dm/dt，横坐标为温 度或时间。
5.3 热重分析
Thermogravimetric Analysis
理学院郭敏杰
精品课件
1
5.3.1 热重法的定义和分类
热重法（TG）是在温度程序控制下，测量物质质量与温度 之间的关系的技术。定量性强，分为静态法和动态法 。
注意：定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作 用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却 有表观失重。而热重法则指观测试样在受热过程中实质上 的质量变化。
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结果的准确 可靠性和重复性。为了要得到准确性和复现性好的热 重测定曲线，就必须对能影响其测定结果的各种因素 仔细分析。
影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面： 仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素 等等。
精品课件
22
影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
试样因素
试样用量、粒度、热性质及装填方式 等。 ——用量大，因吸、放热引起的温 度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。 ——粒度细，反应速率快，反应起 始和终止温度降低，反应区间变窄。 粒度粗则反应较慢，反应滞后。 ——装填紧密，试样颗粒间接触好， 利于热传导，但不利于扩散，要求 装填薄而均匀。
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23
5.3.5 应用
一、材料热稳定性的评价
1.热重曲线直接比较法 采用同样的试验条件 比较开始失重的温度
天平
传感器 尼及 天平复 位器
平衡锤
m 记录仪
T
热重分析仪原理精结品课构件 示意图
9
5.3.3 热重曲线
热重曲线（TG）： 记录质量变化对温度 的关系曲线，纵坐标 是质量，横坐标为温 度或时间。
微商热重曲线 （DTG）：纵坐标为 dm/dt，横坐标为温 度或时间。
5.3 热重分析
Thermogravimetric Analysis
理学院郭敏杰
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1
5.3.1 热重法的定义和分类
热重法（TG）是在温度程序控制下，测量物质质量与温度 之间的关系的技术。定量性强，分为静态法和动态法 。
注意：定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作 用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却 有表观失重。而热重法则指观测试样在受热过程中实质上 的质量变化。
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结果的准确 可靠性和重复性。为了要得到准确性和复现性好的热 重测定曲线，就必须对能影响其测定结果的各种因素 仔细分析。
影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面： 仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素 等等。
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
课件：热重分析
4.2 热重分析
一 定义
热重分析（TG） （Thermogravimetry Analysis） ——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。
——定量性强 。
二 基本原理
对试样的质量随以恒定速度变化的温 度或在等温条件下随时间变化而发生的 改变量进行测量的一种动态技术。
利用加热或冷却过程中物质质量变化 的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
热天平
热天平一般是根据质量的变化引 起天平梁倾斜来测定的，而测量 的方法通常用零位法。
零位法：
当由于质量变化引起天平梁倾斜时， 利用电磁作用力使天平梁重新恢复到原 来的平衡位置，所施加的力与质量变化 成正比，这个电磁力，其大小和方向可 通过调节转换机构线圈中的电流来实 现，而天平的平衡状态则可用差动变压 器或光电系统来检测和显示。
在程序温度（升／
降／恒温及其组合） Furnace
过程中，由天平连续 测量样品质量的变化, 并将数据传递到计算 机中对时间(或)温度 进行作图，即得到热 重曲线。
Sample
Ba la nc e
热天平的主要组成部分
（1）加热炉； （2）程序控温系统；
(3）可连续称量样品质量的天平； (4）记录系统。
通常随着升温速度的减慢，TG曲线所 反映出来的分解温度也有所降低。
常用升温速度: 5℃/min； 10℃/min； 15℃/min； 20℃/min。
3 试样用量的影响:
在仪器的灵敏度范围内，试样的用量应尽可能 的少，因为试样量多时会使热传导变差而影响分 析结果。
4 粒度的影响:
粒度对热传导及气体扩散有较大的影响。 不同的 试样粒度可导致气体产物扩散作用的较大差异， 引起 反应速度及TG曲线形状的变化。
一 定义
热重分析（TG） （Thermogravimetry Analysis） ——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。
——定量性强 。
二 基本原理
对试样的质量随以恒定速度变化的温 度或在等温条件下随时间变化而发生的 改变量进行测量的一种动态技术。
利用加热或冷却过程中物质质量变化 的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
热天平
热天平一般是根据质量的变化引 起天平梁倾斜来测定的，而测量 的方法通常用零位法。
零位法：
当由于质量变化引起天平梁倾斜时， 利用电磁作用力使天平梁重新恢复到原 来的平衡位置，所施加的力与质量变化 成正比，这个电磁力，其大小和方向可 通过调节转换机构线圈中的电流来实 现，而天平的平衡状态则可用差动变压 器或光电系统来检测和显示。
在程序温度（升／
降／恒温及其组合） Furnace
过程中，由天平连续 测量样品质量的变化, 并将数据传递到计算 机中对时间(或)温度 进行作图，即得到热 重曲线。
Sample
Ba la nc e
热天平的主要组成部分
（1）加热炉； （2）程序控温系统；
(3）可连续称量样品质量的天平； (4）记录系统。
通常随着升温速度的减慢，TG曲线所 反映出来的分解温度也有所降低。
常用升温速度: 5℃/min； 10℃/min； 15℃/min； 20℃/min。
3 试样用量的影响:
在仪器的灵敏度范围内，试样的用量应尽可能 的少，因为试样量多时会使热传导变差而影响分 析结果。
4 粒度的影响:
粒度对热传导及气体扩散有较大的影响。 不同的 试样粒度可导致气体产物扩散作用的较大差异， 引起 反应速度及TG曲线形状的变化。
第8章热重分析TGDTGDSCppt课件
率点切线与基线延长线的交点(G)。
37
Sichuan University
9.1 基本原理
2019/11/1 38
Sichuan University
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。
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
„„静态法 等压质量变化测定、等温质量变化测定。 等压质量变化测定：在程序控制温度下，测量物质在恒
定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。 等温质量变化测定：在恒温条件下测量物质质量与温度
关系的一种方法。 准确度高，费时。 准确度高，费时。 „„动态法 热重分析、微商热重分析。 在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 微商热重分析又称导数热重分析 微商热重分析又称导数
2019/11/1 43
Sichuan University
o-a之间是DTA基线形成过程
2019/11/1 44
Sichuan University
此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ
T
CR
CS K
1
exp
K cs
t
(9 1)
当t足够大时，可得基线的位置:
37
Sichuan University
9.1 基本原理
2019/11/1 38
Sichuan University
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。
热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
7
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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
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热天平种类
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„„静态法 等压质量变化测定、等温质量变化测定。 等压质量变化测定：在程序控制温度下，测量物质在恒
定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。 等温质量变化测定：在恒温条件下测量物质质量与温度
关系的一种方法。 准确度高，费时。 准确度高，费时。 „„动态法 热重分析、微商热重分析。 在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 微商热重分析又称导数热重分析 微商热重分析又称导数
2019/11/1 43
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o-a之间是DTA基线形成过程
2019/11/1 44
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此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ
T
CR
CS K
1
exp
K cs
t
(9 1)
当t足够大时，可得基线的位置:
PPT精品文档---第8章 热重分析 TG DTG DSC
2019/2/15
35
DTA曲线术语
典型的DTA曲线
2019/2/15 36
基线：ΔT近似于0的区段(AB,DE段)。 峰：离开基线后又返回基线的区段 (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 到内切基线之距离(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)。
• 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。
无机阻燃 剂
5. 研究聚合物的降解反应动力学
• 降解反应动力学是研究材料降解的速度随时间、温度的变 化关系，最终求出活化能、反应级数并对该反应机理进行解 释。 •活化能是材料发生分解所需的临界能量，活化能越高，材料 的热稳定性越好。
利用酚醛树脂固化过程中 生成水，测定脱水失重量 最多的固化温度，其固化 程度最佳。
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。
等压质量变化测定、等温质量变化测定。 等压质量变化测定：在程序控制温度下，测量物质在恒 定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。 等温质量变化测定：在恒温条件下测量物质质量与温度 关系的一种方法。 准确度高，费时。 准确度高，费时。 „ „ 动态法 热重分析、微商热重分析。 在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 微商热重分析又称导数热重分析 微商热重分析又称导 数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
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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；
W e ig h t L o s s [% ] -1
6.2.2热重图谱解析
W e ig h t L o s s [% ]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
可
燃
烧
DTG
0
物
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T em perature [℃ ]
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。
❖ 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。
➢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。
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。
➢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。
➢ 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。
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）。
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。
草酸钙加热反应过程：
Ⅰ CaC2O4•H2O → CaC2O4 + H2O Ⅱ CaC2O4 → CaCO3 + CO Ⅲ CaCO3 → CaO + CO2
❖ 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。
➢ 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）
➢方法和技术的多样性
热分析分类
加热 物质 冷却
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
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。
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。
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。
❖ 热分析存在的客观物质基础
➢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。
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。
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。
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。
一 阶 导 [数% . m i ]n
G
100
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
Tem perature
[℃
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。
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；
W e ig h t L o s s [% ] -1
6.2.2热重图谱解析
W e ig h t L o s s [% ]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
可
燃
烧
DTG
0
物
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T em perature [℃ ]
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。
❖ 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。
➢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。
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。
➢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。
➢ 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。
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）。
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。
草酸钙加热反应过程：
Ⅰ CaC2O4•H2O → CaC2O4 + H2O Ⅱ CaC2O4 → CaCO3 + CO Ⅲ CaCO3 → CaO + CO2
❖ 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。
➢ 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）
➢方法和技术的多样性
热分析分类
加热 物质 冷却
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
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。
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。
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。
❖ 热分析存在的客观物质基础
➢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。
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。
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。
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。
一 阶 导 [数% . m i ]n
G
100
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
Tem perature
[℃
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。