TG-热分析方法
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热重分析
• 最大失重温度：在DTG曲线上峰值点A为最大失 重速率点，记作dw/dT）max，最大失重速率对 应温度为最大失个重要参数点。
影响热重曲线的因素 一、仪器的因素 二、实验条件的因素
三、试样的因素
一、仪器的因素： 1）浮力（主要因素）:
温度的变化会导致气体密度的变化，随着温度 的上升，试样周围的气体密度下降，浮力降低， 这样虽然试样重量没有发生变化，但是试样似 乎在增重，这种现象称为表观增重.（△W）。 表观增重可用下列公式计算： △W=vd（1-273/T） 式中：d为试样周围气体在273K时的密度，V为 加热区支持器和支撑杆的体积。
热重技术定义 热重（TG）分析法是应用热天平在程序 控制温度下，测量物质的物理性质与温 度关系的一种热分析技术。主要用于研 究物质质量随温度变化的规律。
重分析曲线（TAG） 微分热重曲线（DTAG）
• 电流数据经计算机采集后可以得到样品的 热重分析（TAG）曲线.
微分热重法(DTAG)
TG的衍生技术, 即是由TG曲线对温度或时间进行微分而 得到的曲线。在TG曲线上质量变化的每一个阶梯，在相应 的DATG曲线上是以对应的峰的形式出现。
三、样品用量、粒度和装置情况的影响
1）样品用量合适。 2）样品粒度对TG曲线的影响与DTA用量的 影响相似。所以尽量用小颗粒试样。
3）样品的装填首先要求粒度均匀。
热重-质谱联用技术 将热重与质谱仪(QMS)联用（TG—MS）， 可用于同步鉴定热分析实验过程中挥发物 或气态分解产物的具体成分，还能够对过 程中释放的气体产物进行定性的在线分析。 一方面可以获得样品的热转化重量变化特 征，同时还可以获得产物组份的逸出信息。
热重曲线分析
着火温度：先在DTG曲线上找到曲线的最低点Tf，然后过该点做 垂直于X轴的直线，交TG曲线于一点（（dw/dT）max）,过该点 做TG曲线的切线，并与TG曲线最初质量延长线交与一点，该点 即为着火点，对应的温度即为着火温度Ti，他是衡量煤粉着火特 性的重要特征温度，能够直观的反应出煤样燃烧的难以程度，煤 样开始着火后，燃烧失重曲线迅速下降。
热分析技术简介—TG
-30
100
200
300
400
500
600
Temperature /°C
PS的TG曲线
热分析技术简介—TG
基本原理
TG的内部示意图
热分析技术简介—TG
工作原理简图
热分析技术简介—T线校正，保证测试结果准 确。
原因：浮力效应以及仪器内部结构因素， 使TG基线并不是水平线。如果不扣除，会 产生质量上的偏差。
DSC
Differential Scanning Calorimetry
热分析技术简介—TG
TG209
热分析技术简介—TG
主要内容
TG的定义 基本原理 仪器校正 实验的影响因素 应用实例 TG的最新功能进展
热分析技术简介—TG
TG的定义
热重分析法：研究样品在程序升温时，样 品失重和加热温度或时间之间关系的一种 技术。所有与重量变化有关的物理及化学 过程都可以用TG表征。
升温速度的影响
TG /% 110 100
90 80 70
5℃/min 10℃/min 20℃/min
50
100
150
200
250
300
Temperature /°C
升温速度对聚酰亚胺内溶剂挥发的影响
热分析技术简介—TG
样品制备的影响
样品几何形状尽可能细； 样品与坩埚紧密接触，平铺于坩埚底部； 样品尽量少，合适的样品量：5-10mg 样品过多或粒度过大会造成：分解反应移
热分析技术简介—TG
基线校正
TG /mg
0.5
0.0
-0.5
-1.0
100
200
300
400
500
TG
30~600℃ N2； 600~850℃ Air
橡胶热失重曲线（TG）
测试结果：组份
DTA曲线
TG曲线
热分解吸热 氧化还原反应？
熔融(相转变)吸热 ？
测试结果： 1. 热分解吸热 2. 相转变（热效应）？ 化学反应（反应焓变）?
b
尺寸变化, 密度变化
测试中心
1.3 热分析仪的组成
• 测量线路单元：测 量物理性质与温度 的关系。 • 程序控制单元：加 热、等温或者冷却。 • 气氛控制单元：提 供所需的反应或保 护性气氛。
测量线路单元 显示系统
测温系统 程序控制单元 气氛控制单元
检测器
试样 炉子
2. 热重/差热（TG/DTA）分析原理及应用
4. 样品质量5 mg左右，样品不要粘到坩埚底部和外侧；
5. 等待样品温度自然冷却到80℃以下才可以打开炉体； 6. 选择合适气氛（还原、氧化）。
5.应用举例
聚合物热失重曲线（TG）
测试结果：1. 吸水量； 2. 热分解温度（热稳定性）； 3. 碳黑含量（添加物含量）； 4. 残余物量（灰份）。
碳黑测量实验方法：
2.1 热重法（TG）
在温度程序控制下，测量物质质量与温度或时间的关系的一
种技术。 m=f(T或t)
2.2 热重测量（TG）原理
1. 加热过程中试样无质量变化时，热天平保持初始平衡 状态；
2. 试样发生质量变化时，天平平衡状态被破坏
器检出 反馈感应线圈
检测
调节电流使天平梁又返回到原点 检测此电流值
1.2 常用热分析技术
热分析
差示扫描 量热法
(DSC)
热重法
(TGA)
动态热机械
(DMA)
橡胶热失重曲线（TG）
测试结果：组份
DTA曲线
TG曲线
热分解吸热 氧化还原反应？
熔融(相转变)吸热 ？
测试结果： 1. 热分解吸热 2. 相转变（热效应）？ 化学反应（反应焓变）?
b
尺寸变化, 密度变化
测试中心
1.3 热分析仪的组成
• 测量线路单元：测 量物理性质与温度 的关系。 • 程序控制单元：加 热、等温或者冷却。 • 气氛控制单元：提 供所需的反应或保 护性气氛。
测量线路单元 显示系统
测温系统 程序控制单元 气氛控制单元
检测器
试样 炉子
2. 热重/差热（TG/DTA）分析原理及应用
4. 样品质量5 mg左右，样品不要粘到坩埚底部和外侧；
5. 等待样品温度自然冷却到80℃以下才可以打开炉体； 6. 选择合适气氛（还原、氧化）。
5.应用举例
聚合物热失重曲线（TG）
测试结果：1. 吸水量； 2. 热分解温度（热稳定性）； 3. 碳黑含量（添加物含量）； 4. 残余物量（灰份）。
碳黑测量实验方法：
2.1 热重法（TG）
在温度程序控制下，测量物质质量与温度或时间的关系的一
种技术。 m=f(T或t)
2.2 热重测量（TG）原理
1. 加热过程中试样无质量变化时，热天平保持初始平衡 状态；
2. 试样发生质量变化时，天平平衡状态被破坏
器检出 反馈感应线圈
检测
调节电流使天平梁又返回到原点 检测此电流值
1.2 常用热分析技术
热分析
差示扫描 量热法
(DSC)
热重法
(TGA)
动态热机械
(DMA)
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。
热重分析TG资料
这是用H2SO4和碳黑填 充的聚四氟乙烯的TG 曲线。
先在N2中加热至600℃， 再切换成空气继续加 热到700℃，烧掉碳黑， 就能分别对碳黑和SO2 继续定量。
上图是填充了油和碳黑的乙丙橡胶的TG和DTG曲线。
首先在N2中测定乙丙共聚物和油的含量 (升温到400℃ 左右)，再切换成空气烧掉碳黑（升温到600℃左右）， 从而又可获得碳黑的含量和残渣的量。
一方面是因为仪器天平灵敏度很高 (可达到 0.1μg )， 另一方面，试样量越多，传质阻力也越大，试样内部的温 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；如果粒度大， 会使分解反应移向高温。
试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终 产物和气氛都是惰性的，不能有反应活性和催化活性。
的倾斜度，然后调整安装在天平系统和磁场中线圈的电 流，使线圈转动以恢复天平的倾斜，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。其原理 见图13-1。
热重分析仪的简单工作原理以P-E公司生产的TGS-2 为例加以说明，如图13-2。
二、 升 温 速 率
升温速度越快，温度滞后越严重，如 聚苯乙 烯在N2中分解，当分解温度都取失重10%时， 用1℃/min测定为357℃，用 5℃/min 测定为 394℃，相差37 ℃。升温速度快，使曲线的分 辨率下降，会丢失某些中间产物的的信息。如： 对含水化合物升温可以检出分步失水的一些中 间物。
两种材料虽然同是PVC， 但软硬不同，用途不同， 增塑剂含量差别很大， 前者为29%，后者为 8%。
热分析方法的原理和应用
热分析方法的原理和应用1. 引言热分析方法是一种基于样品在高温条件下发生物理和化学变化的测定方法。
它通过对样品在不同温度下的质量变化、热效应及产物的分析，来研究样品的组成、结构和性质。
热分析方法广泛应用于材料科学、化学、环境科学、药物科学等领域，本文将介绍热分析方法的原理和应用。
2. 热分析方法的分类热分析方法可以分为多个子类，常见的热分析方法有： - 热重分析（TG） - 差热分析（DSC） - 热解气体分析（TGA/EGA） - 差热热膨胀（DTE） - 差热差热膨胀（DTA） - 热导率分析（TGA） - 动态热分析（DTA）3. 热分析方法原理3.1 热重分析（TG）热重分析是通过仪器测量样品在不同温度下质量的变化来分析样品的组成、热分解和气体介质中的吸附或消耗物质等。
原理是将样品在恒定升温速率下进行加热，通过测量质量的变化来分析样品的性质。
3.2 差热分析（DSC）差热分析是通过测量样品和参比物温度的差异来分析样品的热效应和相变行为。
原理是将样品和参比物同时加热，通过测量他们的温度差异来分析样品的热的吸放热、物相转变等。
3.3 热解气体分析（TGA/EGA）热解气体分析是通过测量样品在不同温度下释放的气体来分析样品的组成和热分解行为。
原理是样品在升温过程中，释放出的气体通过气体分析仪器进行分析，从而得到样品的组成信息。
3.4 差热热膨胀（DTE）差热热膨胀是通过测量样品和参比物的膨胀差异来分析样品的热膨胀性质。
原理是样品和参比物同时加热，通过测量他们的长度或体积变化差异来分析样品的热膨胀性质。
3.5 差热差热膨胀（DTA）差热差热膨胀是通过测量样品和参比物的温差和膨胀差异来分析样品的热效应和热膨胀性质的一种方法。
原理是样品和参比物同时加热，通过测量他们的温差和长度或体积变化差异来分析样品的热效应和热膨胀性质。
3.6 热导率分析（TGA）热导率分析是通过测量样品在不同温度下的热导率来分析样品的导热性质。
最新高分子研究方法-热分析(TG、TMA、DSC等)介绍
热分析 (Thermal Analysis)
1. 概述 2. 热重分析 (TG) 3. 热机械分析 (TMA) 4. 示差扫描量热法 (DSC) 5. 动态力学分析 (DMTA) 6. 介电分析 (DETA)
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
第一章 热分析技术概述
一、什么是热分析 热分析的本质是温度分析。物质经历温度变化的同时，必
1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照物 间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析 (DTA)技术的原始模型 1915年，日本(俄国)人在分析天平的基础上研制出热天平，开创 了热重分析(TG)技术 1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展 1 9 6 4 年 ， 美 国 人 在 DTA 技 术 的 基 础 上 发 明 了 示 差 扫 描 量 热 法 (DSC), Perkin-Elmer公高司分子率研先究方研法-热制分了析(TDG、SCTM-A1、型示差扫描量热仪
物理性质 重量 热量 尺寸
模量or 柔量 介电常数
热分析技术名称 热重分析法
示差扫描量热法 热机械法
动态力学分析 热电分析
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
缩写 TG DSC TMA DMTA DETA
二、热分析简史
1887年，法(德)国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土矿物在 升温过程中的热性质的变化
2.1 影响热重测定的因素
2.1.1 升温速度
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。建议高分子试样为 5 ~10K/min， 无 机 、 金 属试样为10~20K/min
重量分数
0.42 2.5 10 40 100 240 480 K／min
1. 概述 2. 热重分析 (TG) 3. 热机械分析 (TMA) 4. 示差扫描量热法 (DSC) 5. 动态力学分析 (DMTA) 6. 介电分析 (DETA)
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
第一章 热分析技术概述
一、什么是热分析 热分析的本质是温度分析。物质经历温度变化的同时，必
1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录样品与参照物 间存在的温度差，大大提高了测定灵敏度，发明了差热分析 (DTA)技术的原始模型 1915年，日本(俄国)人在分析天平的基础上研制出热天平，开创 了热重分析(TG)技术 1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化方向发展 1 9 6 4 年 ， 美 国 人 在 DTA 技 术 的 基 础 上 发 明 了 示 差 扫 描 量 热 法 (DSC), Perkin-Elmer公高司分子率研先究方研法-热制分了析(TDG、SCTM-A1、型示差扫描量热仪
物理性质 重量 热量 尺寸
模量or 柔量 介电常数
热分析技术名称 热重分析法
示差扫描量热法 热机械法
动态力学分析 热电分析
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
缩写 TG DSC TMA DMTA DETA
二、热分析简史
1887年，法(德)国人第一次用热电偶测温的方法研究粘土矿物在 升温过程中的热性质的变化
2.1 影响热重测定的因素
2.1.1 升温速度
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。建议高分子试样为 5 ~10K/min， 无 机 、 金 属试样为10~20K/min
重量分数
0.42 2.5 10 40 100 240 480 K／min
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
热分析技术分类
测定的性质 质量
温度 热焓
挥发物 尺寸 电性质 光性质 磁性质
方法 热重分析法(TG)
微热重分析法(DTG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法(DSC)
逸出气体分析法(EGA) 热膨胀法 热电法 热光法 热磁法
描述
程序控温下，测量物质的质量随温度的变 化 TG的基础上，利用计算机计算Δm-T的曲线 程序控温下，测量温度随程序温度的变化
TG,DTA,DSC曲线
相关文献 壹
JACS简介
Journal of the American Chemical Society 中文名：《美国化学会志》 化学杂志龙头 1879至今 134年历史
JACS简介
总引证次数和被引次数第一，远超第二 JACS每年有51期 JACS不收版面费，文章用彩色不加收费用 审稿周期10周。通讯是2个审稿人，全文是3个，全文审稿周期更长
IPS实质TFT
TFT：指薄膜晶体管，即每个液高速度、高亮度、高对比度， 最好的LCD彩色显示设备之一
文章内容： 金属氧化物半导体——耦合光透性、机械性能好、出色的电子性能。
TFT performance of many oxides exceeds that of amorphous silicon (a-Si:H), and their stability rivals or exceeds that of typical organic semiconductors
发展历史
1964年—— Watson等研制出可定量测量热量的差示扫描量热计，试样用量 为mg级。Mazieres研制的微量差热分析仪的试样量达到了10-100ug。 近十年来——热分析仪器与其他分析仪器的联用技术也发展很快，出现了 TG-MS、TG-GC、DTA-MS、TG-TGA等联用仪器，既节省试样用量又同时 获得更多的信息。
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含１个结晶水的CaC2O4·H2O的热重曲线如图,草酸钙在100℃以前没有 失重现象,其热重曲线呈水平状,为TG曲线的第一个平台。在100℃和200℃
之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质量的12.3%,
正好相当于每mol草酸钙失掉1molH2O,因此这一步的热分解应按脱水进行。 在400℃和500℃之间失重并开始呈现第三个平台,其失重量占试样总质量
铂金传 感器
样品支架 天平臂
热电偶
SDTQ600 热电偶主要材料是Pt,有不少材料会对Pt损害。如果类似的样品测试
比较多,会引起热电偶失效。
11
12
Q600 样品盘
13
载气和冷却气接口
14
专用的单独反应性气体通道
15
单独反应性气体进口
16
三 热重曲线（TG曲线）
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dW/dt，横坐标为温度或时间。
热重分析实验
(TA公司SDT-Q600热分析 仪)
1
一 什么是热分析？
热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理 性质随温度或者时间变化的一类技术。 程序控制温度:指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、 尺寸、机械、升学、电学及磁学性质等。
2
热分析技术的分类
热重分析 (TGA,Thermogravimetry Analysis ) 示差扫描量热分析 (DSC, Differential Scaning Calorimetry ) 同步 DSC/TGA分析 (SDT, Simultaneous DSC-TGA) 差热分析 (DTA, Differential Thermal Analysis) 动态力学分析 (DMA,Dynamic Mechanical Analysis) 热机械分析 (TMA,Thermomechanical Analysis)
的18.5%,相当于每mol草酸钙分解出1molCO，因此这一步的热分解应按
热分解反应进行。在600℃和800℃之间失重并出现第四个平台,其失重量
占试样总质量的30％,正好相当于每mol草酸钙分解出1molCO2,因此这一 步的热分解应按热分解反应进行。可见借助热重曲线可推断反应机理及产
物。
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四 影响TGA实验结果的因素
dpdt点即DTG曲线的峰顶温度（Tp）, 也就是最大失重速度点温度。
19
2. TG法用于高分子材料的共聚物和共混物的分析
(1) 对共聚物的分析 苯乙烯－α－甲基苯乙烯共聚物的热稳定性 a:聚苯乙烯;b:苯乙烯－α－甲基苯乙烯的无规共聚体； c:苯乙烯－α－甲基苯乙烯的本体共聚体；d:聚α－甲基苯乙烯
的切线与基线的交点。点B处外推起 始温度的重复性最好,所以常采用 此点的温度来表示材料的热稳定性。
TG曲线关键温度表示法 A:起始分解温度; B:外推起始温度; C:外延终止温度; D:终止温度； E:分解5％的温度; F:分解10％的温度； G:分解50％的温度(半寿温度) (3) 最大失重速度法（dw/dt法,微商程序分解温度法）
该图表明共聚物的失重曲线均介于两个均聚物之间。
20
(2) 对于共混物的分析 下图是天然橡胶(NB)和乙丙橡胶(EPDM)的二元共混物的DTG曲线。共混 物出现两个峰,分别与NR和EPDM（乙丙橡胶）的峰的位置相对应。由此 可利用峰高或峰面积计算出二元共混物的组成含量。
21
实验条件为试样质量为
曲线AB段为一平台,表示试样
曲线EF段也是一平台,相应质量 为m2;曲线FG 为第三台阶， 质量损失为0.8mg，可求得质量 损失率
22
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下:
根据方程,可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。 计算结果表明第一次理论质量损失率为 第二次理论质量损失率也是14.4%;第三次质量损失率 为7.2%；固体剩余质量理论计算值为63.9%,总失水量 为36.1%。理论计算的质量损失率和TG 测得值基本一 致。
3
与其它技术的联用性 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，常用气相色谱仪、 质谱仪、红外光谱仪、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。
1 仪器因素,包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材 料等。 升温速率 升温速率高会使样品分解温度明显升高。如升温太快,试样来不及
达到平衡,会使反应各阶段分不开。热滞后越严重，导致起始温度和终止温度 偏高，甚至不利于中间产物的测出 。 合适的升温速率为5－10℃/min。
炉内气氛 一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解用空气或氧气。 加热炉 影响炉内温度梯度和控温精度。 坩埚材料 一般为惰性材料，如铂，陶瓷等;注意:碱性试样不能用陶瓷或石英
17
四 热重的具体应用
1 . TG法研究热稳定性（热分解温度的比较）
(1) 简单的相同条件比较法 即TG曲线中可以明显看出失重最剧烈的温度, 即可由此对比热稳定性。
几种高聚物的TG曲线 1:聚氯乙烯 2:聚甲基丙烯酸甲酯 3:聚乙烯 4:聚四氟乙烯 5:聚酰亚胺
18
(2) 关键温度表示法 B点是TG曲线下降段最大斜率处
10.8mg,升温速率为
在室温至45℃间无失重。故
10℃/min，采用静态空气， mo=10.8mg。曲线BC为第
在铝坩埚中进行
一台阶，失重为mo-
m1=1.55mg，求得质量损失
曲率线=CD 段又是一平台,相应质量
为m1;曲线DE 为第二台阶，质量 损失为1.6mg，求得质量损失率
CuSO4·5H2O的TG曲线
4
可以理解TGA为带温度控制的高级天平。
5
二 热重分析仪结构
一般由记录天平、加热炉、程序控温系统和数据处理 系统构成。
6
SDT Q600天平室构造图1
7
SDT Q600天平室构造图2
8
水平双杆式双天平设计构作图
9
内置数字式质量流量计Ｗ/内置气体自动切换装
10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
样品盘/样品热电偶的构造
样品盘
含１个结晶水的CaC2O4·H2O的热重曲线如图,草酸钙在100℃以前没有 失重现象,其热重曲线呈水平状,为TG曲线的第一个平台。在100℃和200℃
之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质量的12.3%,
正好相当于每mol草酸钙失掉1molH2O,因此这一步的热分解应按脱水进行。 在400℃和500℃之间失重并开始呈现第三个平台,其失重量占试样总质量
铂金传 感器
样品支架 天平臂
热电偶
SDTQ600 热电偶主要材料是Pt,有不少材料会对Pt损害。如果类似的样品测试
比较多,会引起热电偶失效。
11
12
Q600 样品盘
13
载气和冷却气接口
14
专用的单独反应性气体通道
15
单独反应性气体进口
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三 热重曲线（TG曲线）
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dW/dt，横坐标为温度或时间。
热重分析实验
(TA公司SDT-Q600热分析 仪)
1
一 什么是热分析？
热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理 性质随温度或者时间变化的一类技术。 程序控制温度:指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、 尺寸、机械、升学、电学及磁学性质等。
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热分析技术的分类
热重分析 (TGA,Thermogravimetry Analysis ) 示差扫描量热分析 (DSC, Differential Scaning Calorimetry ) 同步 DSC/TGA分析 (SDT, Simultaneous DSC-TGA) 差热分析 (DTA, Differential Thermal Analysis) 动态力学分析 (DMA,Dynamic Mechanical Analysis) 热机械分析 (TMA,Thermomechanical Analysis)
的18.5%,相当于每mol草酸钙分解出1molCO，因此这一步的热分解应按
热分解反应进行。在600℃和800℃之间失重并出现第四个平台,其失重量
占试样总质量的30％,正好相当于每mol草酸钙分解出1molCO2,因此这一 步的热分解应按热分解反应进行。可见借助热重曲线可推断反应机理及产
物。
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四 影响TGA实验结果的因素
dpdt点即DTG曲线的峰顶温度（Tp）, 也就是最大失重速度点温度。
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2. TG法用于高分子材料的共聚物和共混物的分析
(1) 对共聚物的分析 苯乙烯－α－甲基苯乙烯共聚物的热稳定性 a:聚苯乙烯;b:苯乙烯－α－甲基苯乙烯的无规共聚体； c:苯乙烯－α－甲基苯乙烯的本体共聚体；d:聚α－甲基苯乙烯
的切线与基线的交点。点B处外推起 始温度的重复性最好,所以常采用 此点的温度来表示材料的热稳定性。
TG曲线关键温度表示法 A:起始分解温度; B:外推起始温度; C:外延终止温度; D:终止温度； E:分解5％的温度; F:分解10％的温度； G:分解50％的温度(半寿温度) (3) 最大失重速度法（dw/dt法,微商程序分解温度法）
该图表明共聚物的失重曲线均介于两个均聚物之间。
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(2) 对于共混物的分析 下图是天然橡胶(NB)和乙丙橡胶(EPDM)的二元共混物的DTG曲线。共混 物出现两个峰,分别与NR和EPDM（乙丙橡胶）的峰的位置相对应。由此 可利用峰高或峰面积计算出二元共混物的组成含量。
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实验条件为试样质量为
曲线AB段为一平台,表示试样
曲线EF段也是一平台,相应质量 为m2;曲线FG 为第三台阶， 质量损失为0.8mg，可求得质量 损失率
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可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下:
根据方程,可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。 计算结果表明第一次理论质量损失率为 第二次理论质量损失率也是14.4%;第三次质量损失率 为7.2%；固体剩余质量理论计算值为63.9%,总失水量 为36.1%。理论计算的质量损失率和TG 测得值基本一 致。
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与其它技术的联用性 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，常用气相色谱仪、 质谱仪、红外光谱仪、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。
1 仪器因素,包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材 料等。 升温速率 升温速率高会使样品分解温度明显升高。如升温太快,试样来不及
达到平衡,会使反应各阶段分不开。热滞后越严重，导致起始温度和终止温度 偏高，甚至不利于中间产物的测出 。 合适的升温速率为5－10℃/min。
炉内气氛 一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解用空气或氧气。 加热炉 影响炉内温度梯度和控温精度。 坩埚材料 一般为惰性材料，如铂，陶瓷等;注意:碱性试样不能用陶瓷或石英
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四 热重的具体应用
1 . TG法研究热稳定性（热分解温度的比较）
(1) 简单的相同条件比较法 即TG曲线中可以明显看出失重最剧烈的温度, 即可由此对比热稳定性。
几种高聚物的TG曲线 1:聚氯乙烯 2:聚甲基丙烯酸甲酯 3:聚乙烯 4:聚四氟乙烯 5:聚酰亚胺
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(2) 关键温度表示法 B点是TG曲线下降段最大斜率处
10.8mg,升温速率为
在室温至45℃间无失重。故
10℃/min，采用静态空气， mo=10.8mg。曲线BC为第
在铝坩埚中进行
一台阶，失重为mo-
m1=1.55mg，求得质量损失
曲率线=CD 段又是一平台,相应质量
为m1;曲线DE 为第二台阶，质量 损失为1.6mg，求得质量损失率
CuSO4·5H2O的TG曲线
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可以理解TGA为带温度控制的高级天平。
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二 热重分析仪结构
一般由记录天平、加热炉、程序控温系统和数据处理 系统构成。
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SDT Q600天平室构造图1
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SDT Q600天平室构造图2
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水平双杆式双天平设计构作图
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内置数字式质量流量计Ｗ/内置气体自动切换装
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
样品盘/样品热电偶的构造
样品盘