热重分析法(TG)

合集下载

TG 基本原理

TG 基本原理

热重分析仪(TG)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。

典型的热重曲线如下图所示:100200300400500600700800900/ 温度 /℃406080100120140TG /%­20­15­10­5D TG /(%/m in)7样品称重:7.95mg 20K/min 升温速率:20K/min N2气氛:N2 Al2O3, 坩埚:Al2O3, 敞开式TG TG 典型图谱(图中所示为一水合草酸钙的分解过程)DTG DTG 曲线TG TG 曲线: ­12.3%: ­19.2%: ­30.1% : 38残余质量: 38.4% 质量变化 质量变化: 186峰值: 186.2 .2 ℃: 518峰值: 518.3 .3 ℃: 770峰值: 770.6 .6 ℃ : 489起始点: 489.2 .2 ℃ : 155起始点: 155.8 .8 ℃: 710起始点: 710.8 .8 ℃ 质量变化图谱可在温度与时间两种坐标下进行转换。

热重分析

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。

实验二十一__热重分析法

实验二十一__热重分析法

实验二十一热重分析法一、实验目的1.掌握热重分析的原理。

2.用热天平测CuSO4·5H2O样品的热重曲线,学会使用WRT-3P高温微量热天平。

二、实验原理热重分析法(Thermogravimetric Analysis,简称TG)是在程序控制温度下,测量物质质量与温度关系的一种技术。

许多物质在加热过程中常伴随质量的变化,这种变化过程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。

1.TG和DTG的基本原理与仪器进行热重分析的基本仪器为热天平。

热天平一般包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等部分。

有的热天平还配有通入气氛或真空装置。

典型的热天平示意图见图l。

除热天平外,还有弹簧秤。

国内已有TG和DTG(微商热重法)联用的示差天平。

热重分析法通常可分为两大类:静态法和动态法。

静态法是等压质量变化的测定,是指一物质的挥发性产物在恒定分压下,物质平衡与温度T的函数关系。

以失重为纵坐标,温度T为横坐标作等压质量变化曲线图。

等温质量变化的测定是指一物质在恒温下,物质质量变化与时间t的依赖关系,以质量变化为纵坐标,以时间为横坐标,获得等温质量变化曲线图。

动态法是在程序升温的情况下,测量物质质量的变化对时间的函数关系。

1一机械减码;2一吊挂系统;3一密封管;4一出气口5一加热丝;6一试样盘;7一热电偶8一光学读数;9一进气口;10一试样;1l一管状电阻炉;12一温度读数表头;13一温控加热单元图l 热天平原理图控制温度下,试样受热后重量减轻,天平(或弹簧秤)向上移动,使变压器内磁场移动输电功能改变;另一方面加热电炉温度缓慢升高时热电偶所产生的电位差输入温度控制器,经放大后由信号接收系统绘出TG热分析图谱。

2曲线a所示。

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。

DTG是TG对温度(或时间)的一阶导数。

tg热重原理

tg热重原理

tg热重原理
TG热重是一种重量分析技术,全称为热重分析技术(Thermogravimetric Analysis),它通过测定样品的质量随温度或
时间的变化来分析样品的成分组成。

热重分析仪是一种高分辨度、高
精度的分析仪器,广泛应用于化学、材料科学、生物、环境等各个领域。

TG热重的基本原理是在恒定流量的惰性气氛下对样品进行加热,并且测量随温度变化时样品的质量变化。

当样品中存在挥发性物质时,这些物质在样品受热时将逸出,造成样品质量的减少;而当样品中存
在固定物质时,这些物质在样品受热时则不发生变化。

通过测量样品
的质量变化和温度变化的关系,可以确定样品中的成分组成和热性质。

TG热重在材料科学领域中有着广泛的应用,比如在研究新材料的退化、变形、稳定性时,TG热重可以帮助研究人员了解材料的热性质
变化规律,从而设计出更稳定、更耐用的材料。

在环境领域中,TG热
重可以用于分析废弃物和有害物质的性质和成分,为环保工作提供决
策依据。

总之,TG热重在科学研究和工业生产中都扮演着重要的角色,是一种不可或缺的分析技术。

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。

热重分析TG

热重分析TG
横坐标T为温度。用热 力学温度(K)或摄氏 温度(℃)。
曲线陡降处为样品失重区,平台区为样品的热稳定区。
6.3 TG实验技术
1. 试样量和试样皿 试样量:5-10mg 试样皿:铝、三氧化二铝或铂金
注意事项:
•对于膨胀型的材料适量减少试样量; •试样量过多,传质阻力大,使试样温度偏离线性程 序升温,TG曲线发生变化; •试样粒度越小越好,尽可能平铺; •<600℃采用铝皿, >600℃采用三氧化二铝皿; •碱性样品不能采用铝皿。
注意事项:
• 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著。
4. TG失重曲线的处理和计算
TG-5% TG-10%
起始分解温度
外延起始温度 TG和意义
重量的变化率与温度或时间的函数关系,是TG曲线对 温度或时间的一阶导数。DTG曲线是一个热失重速率 的峰形曲线。
无机阻燃 剂
6.4 TG在聚合物材料中的应用
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。
材料的热分解动力学公式:
PTFE 31.5%
炭黑 18.0%
SiO2
50.5%
乙丙橡胶中炭黑和油的含量
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-甲基苯乙烯无 规共聚物 c-苯乙烯-α-甲基苯乙烯嵌 段共聚物 d-聚α-甲基苯乙烯
乙烯-乙酸乙烯酯共聚体中组分含量的测定 乙酸
乙 酸 乙 烯 % 乙 酯 乙 酸 含 酸 乙 量 相 烯对 酯 量 分 相 T子 曲 G 对质 线 分量 第 子一 质阶

6 热重法(TG)

6 热重法(TG)
•1-横梁 2-支梁 3-感应线圈 4-磁铁 5-平衡砝码 6-光源 •7-挡板 8-光电管 9-微电流放大器 10-加热器 11-样品盘
•12-热电偶
聚合物“典型” TG曲线
100% W%
50%
0
水 / 溶剂挥发 低分子物质挥发
W1% W2%
聚合物分解
W3% 残留物
100 200 300 400 500 600 700 800
根据TG考察固化温度
已知组成的聚合物体系组分定量分析
100%
W%
PVB PVB+PLAS
(PVB+PLAS)萃取后
0 100 200 300 400 500 T
共聚物共聚组成测定 共混物共混组成测定
◆ 在已知分解机理时,共聚单元分解温明显不同的 共聚物共聚组成测定
如: 氯乙烯-PAN共聚物 乙烯-醋酸乙烯共聚物
……….
W%
T
◆ TG用途 聚合物TG曲线上重量与温度(或时间)的关系
• 反映材料的耐热性能 • 便于定量分析聚合物体系各组分的含量 • 可用于考察固化反应的最佳条件
• 4.2 TG原理 4.2.1 TG的基本思想
• 材料在受热过程中,伴随温度的变化会相继发 生蒸发、升华\脱附及化学变化;将由此引起 的材料重量变化测试记录下来,
N2气氛
PVC两阶段热分解
第一阶段: 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。
~C-C-C-C~ ~C=C-C=C-C~ + HCl 第二阶段: 420oC左右。由于PVC主链断裂起。
PVC在N2气氛中两阶段热分解
100 80 W% 60 40 20
脱HCl
??
脱烃类小分子

热重分析TG

热重分析TG
转变与反应。
6.2 TG基本原理
热重法又称热失重法(Thermogravimetry,TG)
在程序控温下,测量物质的质量随温度(或时间)的变化 关系。对于材料的热稳定性、组成以及热反应变化进行有 效表征。
微量热 天平
铂金样 品盘
加 热 器
热重分析通常可分为两类:动态(升温)和静态(恒温)。
谱图表示方法: 样品的重量或重量分数随温度或时间的变化曲线
•精确反映样品的起始反应温度,达 到最大反应速率的温度(峰值), 反应终止温度。 •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
PTFE 31.5%
炭黑 18.0%
SiO2
50.5%
乙丙橡胶中炭黑和油的含量
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 -甲基苯乙烯无 规共聚物
c-苯乙烯-α -甲基苯乙烯嵌 段共聚物
d-聚α -甲基苯乙烯
乙烯-乙酸乙烯酯共聚体中组分含量的测定
乙酸
乙酸乙烯酯 量 相对分子质 乙 酸 乙% 烯 酯 含 量 TG 曲线第一阶 乙酸相对分子质量
•试样量过多,传质阻力大,使试样温度偏离线性程 序升温,TG曲线发生变化;
•试样粒度越小越好,尽可能平铺; •<600℃采用铝皿, >600℃采用三氧化二铝皿; •碱性样品不能采用铝皿。
2. 升温速率
1-20℃/min
常用:10-20℃/min
注意事项:
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

4.6 8.3 10.9 14.6 27.1 31.1
0.3 0.0 0.3 0.3 0.0 0.0四、影响ຫໍສະໝຸດ G数据的因素仪器因素
a、震动 ; b、挥发物的冷凝 ; c、浮 力 。

实验条件
a、 样品状况; b、试样皿; c、气氛种类; d、升温速率。
五、热重分析法的应用
聚合物热稳定性的评价
组成的剖析
a 添加剂的分析 b 共聚物和共混物的分析 用热重法研究聚合物固化
六、 TG曲线的处理和计算

将物质的质量变化和温度变化的信息记录下来, 就得到了物质的质量温度曲线,即热重曲线。

热重曲线纵坐标表示重量(mg),向下表示 重量减少,向上表示重量增加;横坐标表 示温度T〔℃或K),有时也可用时间t,从 左向右表示T 或 t 增加
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0.1μ g),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。
热重分析法(TG)
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:
W f T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。
二、热重法的原理

物质在温度作用下,随温度的升高,会产生相 应的变化,如水分蒸发,失去结晶水,低分子 易挥发物的逸出,物质的分解氧化等。
TG曲线关键温度表 示法 : A—起始分解温度; B—外延起始温度; 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
TG曲线失重量表示方法及曲线图:
增重量表示方法及曲线图:
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
在比较热稳定性时,除了失重的温度外,还需 比较失重速率
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 乙酸的失重 (%,化学 (%,TG) 分析)
4.3 8.3 11.2 14.9 27.1 31.1 3.2 5.8 7.6 10.2 18.9 21.7
乙酸乙烯 绝对偏差 (%,TG) (%)
相关文档
最新文档