材料测试 热重分析TG
文库发布：热重分析tg
•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。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
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
IPS实质TFT
TFT：指薄膜晶体管，即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的 薄膜晶体管来驱动， 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
外推始点onset：基线延长线与曲线拐点切线的交点。
始点initial：开始偏离基线的点。
常见热分析技术
热重分析 微分热重分析 差热分析 差示扫描量热法
检测待测物与样品 的不同
TG(DTG) 质量
DTA 温度
DSC 能量（热焓）
热重分析法
程序控温下，质量 随温度的变化。m=f（T）。 测量条件：发生质量变化。 纵坐标：质量或其百分数
600
800
1000
1200
140 780
180 205
450
T/℃
1030
差热分析法（DTA）参Fra bibliotek物：在测量温度范围内不发生 任何热效应的物质，如-Al2O3、
热重分析技术简介—TG
TG的定义
TG曲线表示方法
TG /% 100
80
60
40
20
0 100
Peak: 219.2 °C
Onset: 431.5 °
ICTA 热分析方法
T
TM
G
A
质量
尺寸
DTA 温度
光学
磁学
电学
热量
声学
力学
DS
DM
C
A
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
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。 热稳定性 原材料鉴定 脱水、脱酸 填料分析 组分分析 分解温度 分解动力学 氧化稳定性
TG /mg
0.5
0.0
5K/min
-0.5
10K/min
15K/min
40K/min -1.0
100
200
300
400
500
600
700
800
Temperature /°C
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
实验结果的影响因素
升温速度的影响
TG /%
110
100
90
80
5℃/min
材料测试-热重分析TG课件
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
材料的热失重分析(TGA)
材料的热失重分析(TGA)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、选用五水硫酸铜为样品，运用同步热分析仪对样品进行热失重分析二、实验原理：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。
三、实验仪器和材料实验仪器：STA8000，美国PE公司生产实验材料：五水硫酸铜四、实验步骤：1.检查氮气钢瓶内剩余压力是否大于2 MPa，如果总压力小于2 MPa时建议更换新的氮气钢瓶以防止残余气体中水分等杂质气体对实验结果产生负面影响；2.打开氮气钢瓶总压力阀，并调节减压阀压力小于等于2.0bar；3.打开STA 8000的制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；4.打开STA 8000主机电源，等待20分钟以便仪器稳定；5.打开电脑主机，双击打开Pyris控制软件进入主控界面；6.设置STA样品温度至室温，如25度（具体为：在Go To Temp按钮下的输入框内键入目标温度值，然后单击Go To Temp按钮）；7.放入左右两个空陶瓷样品皿，点击Zero Weight按钮扣除皮重；8.将样品放入扣除皮重后的陶瓷样品皿中，重新放入STA 8000样品支架左边样品端，点击Sample Weight按钮称取样品重量；9.在Pyris软件的方法编辑窗口设置好测试方法；10.点击开始测试按钮，并切换软件界面至监视窗口，等待实验结束；11.拷贝数据并处理数据；12.将陶瓷样品皿从炉膛中取出并丢弃至指定位置（取样品皿时请确认样品温度已降至50度以下，陶瓷样品统一回收并采用高温灼烧方法清洗）；13.检查STA 8000炉膛的污染情况，如污染较为严重，请适时灼烧炉体或做相应清洗工作；14.关闭STA主控Pyris软件；15.关闭STA 主机电源；16.关闭STA制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；17.关闭氮气钢瓶总压力阀，减压阀可保持常开状态（如果预见长时间不用STA仪器，请同时关闭总压力阀和减压阀）；18.做好仪器使用登记工作，以备后续查阅。
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
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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。
现代材料分析测试技术 热重法TG
根据Flynn-Wall-Ozawa方程，在给定转化率时，升 温速率与热力学温度之间的关系式为
lg 0.4567( Ea / RT ) 常数
A ( Ea / RT )exp( Ea / RT )
16.3.6热分析联用技术
最常见的联用技术是TG-DSC（或DTA）联用
同步热分析仪 STA449C Jupiter®
分解反应： 固－固反应： 气－固反应： 固或液转化为气：
A固 B固＋C气 A固＋B固 C固＋D气 A固＋B气 C固 A固或B液 C气
注意
实际上的TG曲线并非是一些理想的平台和迅速下降的 区间连续而成，常常在平台部分也有下降的趋势，可 能原因有： （1）这个化合物通过重结晶或用其它溶剂进行过处理， 本身含有吸附水或溶剂，因此减重； （2）高分子试样中的溶剂，未聚合的单体和低沸点的增 塑剂的挥发等，也造成减重。 可用以下方法消除上述影响： （1）无机化合物在较低温度下干燥，如采用硅胶、五氧 化二磷干燥剂，把吸湿水去掉。 （2）可控温下的真空抽吸，把单体及低沸点的增塑剂、 挥发物分离出来。
W W1 失重率＝ 0 100% W0
W1
16.3.2组成的分析
⑵无机填料 在树脂分解后仍然残留； 先在氮气中加热到600℃， 改通空气，继续加热到700℃
聚四氟乙烯的TG曲线
16.3.2组成的分析
2. 共聚物和共混物的组成分析
乙烯－乙酸乙烯酯共聚物： 每摩尔乙酸乙烯单元释放 1mol乙酸 EPDM/NR共混物：用TG法研究共混物时，
16.2实验技术
16.2.2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
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反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
100
G
80
60
40
20
C
0 0 100 200
Tp
300 400
H
500 600 700 800
Ti
Ti：起始反应温度； Tf：反应终了温度；
Temperature [℃ ]
Tf
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。
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。 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
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。
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
分析，从而推断出反应机理。
方法和技术的多样性
热分析分类 加热 热量变化 重量变化 长度变化 物 质
DTA
TG
DSC
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）
粘弹性变化
气体发生 冷却
热传导
其 他
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。
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
热重法定义（Thermogravimetry，TG）
80
水分
TG
60 40
变化率，dW/dT 或 dW/dt。
DTG
20
0 400 500 600 700 800
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
Temperature [℃ ]
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
重的次数.
峰的面积与试验对应的质量变化成正
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：
热天平的基本构造:
记录天平
加热炉(室温-1000℃)
程序控温系统
记录仪
热 天 平 的 结 构
光源 反射镜
热电偶
炉
记录系统
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
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： T＝φ ( t ) 其中t是时间。 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。 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。
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。
6.2.2热重图谱解析
TG曲线表示加热过程中样
140
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
可 燃 烧 物
0 100 200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。
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
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）
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。
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
一 阶 导 数 [%.min -1 ]
A B
Weight Loss [%]
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