热重及其联用技术(精品课件)
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热分析及其联用技术ppt课件
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Thermocouple热电偶根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a热电偶原理图）,接触点的一端称测量端,一端称参比端。
T。 EAB热电势 T
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
利用热天平的热重分析法是应用最早的热分析技术，与DTA（DSC）和TMA（DMA）共成为热分析技术的三大基础组成，在聚合物结构分析中有着广泛的应用。 热天平的发展经历了机械式和电磁式，现在均为电子式。
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1970年代， Perkin-Elmer （P-E）公司生产了带有数据处理系统的差示扫描量热法商品仪器；Dupont公司等不久开发出有自己特色的热流式DSC仪，原理示意如上。
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2.1.2 差热分析仪(DTA)的基本原理
试样和参比物之间的温度差用差示热电偶测量（DTA原理示意图），差示热电偶由材料相同的两对热电偶组成，按相反方向串接，将其热端分别与试样和参比物容器底部接触（或插入试样内）。并使试样和参比物容器在炉子中处于相同受热位置。记录温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。
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所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。 零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜。
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3.1.3 热分析常用仪器和常用术语
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7.4热机械分析 热膨胀法/ （静态） 热机械分析和动态热机械分析 = 动态力学热分析
Thermocouple热电偶根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a热电偶原理图）,接触点的一端称测量端,一端称参比端。
T。 EAB热电势 T
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
利用热天平的热重分析法是应用最早的热分析技术，与DTA（DSC）和TMA（DMA）共成为热分析技术的三大基础组成，在聚合物结构分析中有着广泛的应用。 热天平的发展经历了机械式和电磁式，现在均为电子式。
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1970年代， Perkin-Elmer （P-E）公司生产了带有数据处理系统的差示扫描量热法商品仪器；Dupont公司等不久开发出有自己特色的热流式DSC仪，原理示意如上。
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2.1.2 差热分析仪(DTA)的基本原理
试样和参比物之间的温度差用差示热电偶测量（DTA原理示意图），差示热电偶由材料相同的两对热电偶组成，按相反方向串接，将其热端分别与试样和参比物容器底部接触（或插入试样内）。并使试样和参比物容器在炉子中处于相同受热位置。记录温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。
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所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。 零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜。
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3.1.3 热分析常用仪器和常用术语
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7.4热机械分析 热膨胀法/ （静态） 热机械分析和动态热机械分析 = 动态力学热分析
热重分析法ppt课件
热惯性与加热速率和 炉子体积有关
整理版课件
16
实验容器--坩埚 铝坩埚一般不用于TGA实验！
整理版课件
17
支架—吊篮
整理版课件
18
上皿式（样品在上部）
避免了下皿式天平的缺点 优点：更换样品容易
样品室更换容易 样品放置稳固 缺点：结构设计复杂 需用较大质量的平衡锤来避免试 样支持器的倾倒 由于天平总负荷的增大，限制了 天平测量灵敏度和精度的提高 浮力效应（减基线）
水平式双天平可以减弱这种漂移
Balance
Gas
flow
整理版课件
23
TA SDT Q600
整理版课件
24
试样支架
试样支架的作用是支撑试样座、坩埚、试样等。由于它的一 部分要伸入炉膛，因此除了用耐高温材料制作外，支撑杆 或丝的尺寸要适当长，以最大可能减小热传导、热辐射、 气流等因素对热重的影响。
Gas flow
热分解产物容易附在试样坩埚和吊丝 上，使测量误差增大
操作不太方便，放置样品困难
传感器的位置取决于样品的位置
更换传感器困难
有害气体冲进天平室
整理版课件
13
Shimadzu TGA-50H
岛津TGA-50H热重分析仪结构示意图
整理版课件
14
TA TGA Q5000IR
整理版课件
15
Q5000IR（红外加热炉）可以提供最广泛加热速率范围的热重分析仪。 1分钟之内能从室温加热到1000℃，瞬间加热速率超过2000℃/min。 线性加热速率能够轻松达到500℃/min，能够真实模拟快速加热过程。
[ C/min ][ C ] [ min ]
10.00 150.0 120 Air
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16
实验容器--坩埚 铝坩埚一般不用于TGA实验！
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支架—吊篮
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18
上皿式（样品在上部）
避免了下皿式天平的缺点 优点：更换样品容易
样品室更换容易 样品放置稳固 缺点：结构设计复杂 需用较大质量的平衡锤来避免试 样支持器的倾倒 由于天平总负荷的增大，限制了 天平测量灵敏度和精度的提高 浮力效应（减基线）
水平式双天平可以减弱这种漂移
Balance
Gas
flow
整理版课件
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TA SDT Q600
整理版课件
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试样支架
试样支架的作用是支撑试样座、坩埚、试样等。由于它的一 部分要伸入炉膛，因此除了用耐高温材料制作外，支撑杆 或丝的尺寸要适当长，以最大可能减小热传导、热辐射、 气流等因素对热重的影响。
Gas flow
热分解产物容易附在试样坩埚和吊丝 上，使测量误差增大
操作不太方便，放置样品困难
传感器的位置取决于样品的位置
更换传感器困难
有害气体冲进天平室
整理版课件
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Shimadzu TGA-50H
岛津TGA-50H热重分析仪结构示意图
整理版课件
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TA TGA Q5000IR
整理版课件
15
Q5000IR（红外加热炉）可以提供最广泛加热速率范围的热重分析仪。 1分钟之内能从室温加热到1000℃，瞬间加热速率超过2000℃/min。 线性加热速率能够轻松达到500℃/min，能够真实模拟快速加热过程。
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热重质谱联用原理
热重质谱联用原理
热重质谱联用（TG-MS，Thermogravimetric Analysis-Mass Spectrometry）结合了热重分析（TG）和质谱分析（MS），是一种常用的分析技术，用于研究材料的热稳定性和分解过程，以及分析气体释放情况。
其原理如下：
1. 热重分析（TG）：
- 热重分析是一种测量材料质量随温度变化的技术。
样品在恒定升温速率下受热，其质量的变化（包括失重或增重）被记录下来。
材料在不同温度下可能会发生脱水、分解、氧化等过程，这些变化会导致样品质量的变化。
2. 质谱分析（MS）：
- 质谱分析是用来识别材料中不同组分的技术。
质谱仪可以将样品中释放的气体进行分析，以确定其组成成分。
3. 联用原理：
- TG-MS联用技术将热重分析和质谱分析相结合。
在样品升温过程中，热重分析器监测样品的质量变化，同时质谱仪分析样品释放的气体。
这允许实时监测材料分解过程中释放的气体成分和质量损失情况，并能够将气体释放的特定组分与温度区间和失重特征联系起来。
4. 应用：
- TG-MS常用于研究材料的热稳定性、热分解过程、气体释放情况和化学反应动力学等。
它在材料科学、聚合物研究、生物化学等领域有广泛的应用。
这种联用技术使得研究者能够在分析材料热性能时更全面地了解其物化特性和分解机理，对于材料研究和工业应用具有重要意义。
热重-红外光谱联用
热重-红外光谱联用1.引言1.1 概述热重-红外光谱联用是一种先进的分析技术，结合了热重分析和红外光谱分析两种方法的优势。
热重分析是一种测量材料随温度变化时质量的变化的方法，它可以提供样品的热稳定性、热分解反应等信息。
而红外光谱是一种用于分析物质分子结构的方法，它可以提供样品的化学成分、官能团等信息。
热重-红外光谱联用技术的原理是将热重分析仪和红外光谱仪相结合，同时对样品进行热重和红外光谱的测量。
在热重分析过程中，样品随着温度的变化会出现质量的变化，这些变化可能与样品的热降解、失水等现象相关。
而在红外光谱测量中，通过检测样品对不同波长的红外光的吸收情况，可以得到样品的分子结构和化学键的信息。
通过将这两种分析方法联用，可以在一个实验中获得更加全面和准确的样品特性信息。
热重-红外光谱联用技术在许多领域有广泛的应用。
例如，在化学领域，可以通过该技术对有机化合物的热降解过程和产物进行研究，从而了解有机物的热稳定性和降解路径。
在材料科学领域，该技术可以用于研究材料的热性能、热分解过程以及材料的成分和官能团等信息。
此外，热重-红外光谱联用技术还可以应用于药学、环境科学等领域的研究中，为科学家提供更多的分析手段和数据支持。
综上所述，热重-红外光谱联用技术的发展和应用为科学研究和工业生产提供了强有力的工具。
它的优势在于能够同时获得热重和红外光谱的信息，从而全面了解样品的物理、化学性质。
未来，热重-红外光谱联用技术还有许多潜在的应用，可以进一步提升分析的准确性和效率，为各个领域的研究和发展做出更大的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:本文共分为三个主要部分，即引言、正文和结论。
下面将对这三个部分进行详细的介绍。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将对热重-红外光谱联用这一主题进行简要介绍，引起读者的兴趣。
接着，说明了本文的总体结构，即引言、正文和结论部分，使读者对文章内容有一个清晰的概念。
最后，明确了本文的目的，即探讨热重-红外光谱联用的原理、应用、优势和潜在应用，旨在为读者提供关于热重-红外光谱联用的全面了解。
热重分析
7
注意事项：
（1）打开仪器外壳或更换保险丝时，断开TGA的电源，移开电
源线。
（2）绝不要充入可能会引起爆炸的混合性气体，不要使用可燃 性气体或有爆炸性的混合气体作为吹扫气体，否则可能会发生爆 炸。
（3）当炉子温度高于300º C时，绝不要关闭恒温水浴槽，否则 仪器的冷却会就此关闭，测量单元的四周会变热而无法控制。
热重分析
顾晶晶
LOREM IPSUM DOLOR
1.热重基本知识 2.热重曲线及其影响因素 3.热重分析在催化中的应用 4.热重分析联用技术
2
1.热重基本知识
Q1.什么是热重分析？ 热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）， 是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化 关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组 份。
20
End
Thank you
21
8
（4）绝不要触碰炉体、炉盖或刚从炉体中取出的样品。
（5）如果测量的是会分解出有毒气体的物质，那么将 测量单元放置在通风橱内。
（6）通过气体出口活塞有控制的排除所有反应气体， 为了合理的排放气体，可以接一段长度适中的管子。
9
2.热重曲线及其影响因素
当几个效应接连发 生，部分重叠，平 台不容易确定时， DTG曲线较TG更清 晰
调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动
恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。
6
Q4.使用热重仪的步骤以及注意事项？ 步骤：称取适当重量样品于坩埚中 打开盖子 - 装入样品坩埚 - 关上盖子 在软件中设定温度程序与气氛等条件，初始化工作条件， 如气体流量、抽真空等
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
热重分析 ppt课件
热重分析仪(TGA)
1
主要内容：
➢ 热分析的发展简史 ➢ 热分析概述 ➢ 热重分析概述 ➢ 影响热重法测定结果的因素 ➢ TG失重曲线的处理和计算 ➢ 材料热稳定性的评价方法 ➢ 热重分析应用举例
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
梯度曲线
曲线的纵坐标为质量mg 或剩 余百分数%表示；
横坐标T为温度。用热力学温 度（K）或摄氏温（℃）。
15
16
微商热重曲线（DTG曲线）
➢ 从热重法可派生出微商热重（Derivative Thermogravimetry ）, 它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。
➢ 纵坐标为dW/dt ➢ 横坐标为温度或时间
33
4.1.4 温度测量误差的影响
误差的原因：1、实验中测温元件不能与试样直接接触，因而测 定值与试样的真实温度有差异。 2、试样周围温度不均匀，试样发生反应（如燃烧） 产生的热效应导致试样周围环境温度分布不均匀。
实验对策：1、校正 2、尽可能减少试样量 3、降低扫描速度
34
➢ 4.2 实验条件的影响
47热重曲线直接比较法将几种材料的tg曲线叠加到同一张图纸上进行直观的比较定温失重量法规定一个温度值求此温度下的失重百分数失重量越大热稳定性越差定失重量温度法规定一个失重百分数求与此相对应的温度温度越高者热稳定性越好始点温度法求材料开始失重的温度titi越高热稳定性越好48终点温度法求出材料结束失重的温度t最大失重速率法在tg曲线的微分曲线上求出峰顶温度半分解温度法材料在真空中加热30min重量损失一半的温度也称为材料的半寿命49主要热分解温度为375650最大失重温度为459最大失重速率为0117在557时还有一小的失重峰应该归于煤中黄铁矿和碳酸盐等矿物质的分解
1
主要内容：
➢ 热分析的发展简史 ➢ 热分析概述 ➢ 热重分析概述 ➢ 影响热重法测定结果的因素 ➢ TG失重曲线的处理和计算 ➢ 材料热稳定性的评价方法 ➢ 热重分析应用举例
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
梯度曲线
曲线的纵坐标为质量mg 或剩 余百分数%表示；
横坐标T为温度。用热力学温 度（K）或摄氏温（℃）。
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16
微商热重曲线（DTG曲线）
➢ 从热重法可派生出微商热重（Derivative Thermogravimetry ）, 它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。
➢ 纵坐标为dW/dt ➢ 横坐标为温度或时间
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4.1.4 温度测量误差的影响
误差的原因：1、实验中测温元件不能与试样直接接触，因而测 定值与试样的真实温度有差异。 2、试样周围温度不均匀，试样发生反应（如燃烧） 产生的热效应导致试样周围环境温度分布不均匀。
实验对策：1、校正 2、尽可能减少试样量 3、降低扫描速度
34
➢ 4.2 实验条件的影响
47热重曲线直接比较法将几种材料的tg曲线叠加到同一张图纸上进行直观的比较定温失重量法规定一个温度值求此温度下的失重百分数失重量越大热稳定性越差定失重量温度法规定一个失重百分数求与此相对应的温度温度越高者热稳定性越好始点温度法求材料开始失重的温度titi越高热稳定性越好48终点温度法求出材料结束失重的温度t最大失重速率法在tg曲线的微分曲线上求出峰顶温度半分解温度法材料在真空中加热30min重量损失一半的温度也称为材料的半寿命49主要热分解温度为375650最大失重温度为459最大失重速率为0117在557时还有一小的失重峰应该归于煤中黄铁矿和碳酸盐等矿物质的分解
热重分析实验 ppt课件
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
24
热重分析实验
可推断反应机理及产物。
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
图为典型的DSC-TGA的同步测量曲线,
在加热过程中,同时测量出样品的热流、重
量、温差等不同信号的变化。详细显示了
氮气条件下草酸钙的热分解过程。完整的
热重和热重微分信号定量的记录了失水过
程和高温分解过程。DSC信号跟踪记录出
样品测杯和参照测杯)。
6.通过TA/DSC控制器输入实验和过程信息,其中包
括样品信息和仪器信息。
7.关闭炉子。
8.开始实验。
热重分析实验
29
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
9.停止实验
如果由于某种原因,需要终止实验,可随时通过按
下触摸屏上的STOP键或通过仪器控制软件选择
停止来中止实验。另一种能停止实验的功能是拒
横坐标,自左至右表示温度(或时间)增加。
热重分析实验
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
占试样总质量的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
24
热重分析实验
可推断反应机理及产物。
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
图为典型的DSC-TGA的同步测量曲线,
在加热过程中,同时测量出样品的热流、重
量、温差等不同信号的变化。详细显示了
氮气条件下草酸钙的热分解过程。完整的
热重和热重微分信号定量的记录了失水过
程和高温分解过程。DSC信号跟踪记录出
样品测杯和参照测杯)。
6.通过TA/DSC控制器输入实验和过程信息,其中包
括样品信息和仪器信息。
7.关闭炉子。
8.开始实验。
热重分析实验
29
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
9.停止实验
如果由于某种原因,需要终止实验,可随时通过按
下触摸屏上的STOP键或通过仪器控制软件选择
停止来中止实验。另一种能停止实验的功能是拒
横坐标,自左至右表示温度(或时间)增加。
热重分析实验
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
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度造成影响。 （2）试样量多，传质阻力增大，试样内部温度梯度变大，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。 （3）样品用量大，会导致反应物及反应产物的内外扩散作用也慢，
就不能有效消除内外扩散对反应的影响。
7
2、升温速率的影响
20K/min 15K/min 10K/min
图4 不同升温速率下煤的气化反应TG与DTG曲线
升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重，往往导致热重 曲线上的起始温度Ti和终止温度Tf偏高。虽然反应温度随升温速率 变化而变化，但失重量基本保持恒定。
8
3、气氛的影响 吹扫气体的改变对 TG曲线的影响非常显著。
图5 一种煤-CO2等温气化反应TG曲线
图3 草酸钙的差热-热重分析
CaC2O4·H2O —— CaC2O4+H2O
草酸钙分解过程：
CaC2O4 —— CaCO3+CO
CaCO3 —— CaO+CO2
6
三、影响 TG曲线的因素
1 、试样量的影响 用热重法测定时，试样量要求要少，一般为8～12 mg。 原因： （1） 热重仪器天平灵敏度很高(可达0.1ug)，试样量多会对其敏感
优 点：一个样品，一次升温就可同时获得样品的重量变化及热效 应信息
图7 TG-DTA支架构造
14
① 零线：理想状态ΔT=0的线； ② 基线：实际条件下试样无热效 应时的曲线部份； ③ 吸热峰：TS＜TR，ΔT＜0时的曲 线部分； ④ 放热峰：TS＞TR，ΔT＞0时的 曲线部分； ⑤ 起始温度（Ti）：热效应发生 时曲线开始偏离基线的温度； ⑥ 终止温度（Tf）：曲线开始回 到基线的温度； ⑦ 峰顶温度（Tp）：吸、放热峰 的峰形顶部的温度， ⑧ 峰高：是指内插基线与峰顶之 间的距离； ⑨ 峰面积：是指峰形与内插基线 所围面积；
12
四、热重联用技术
1、TG-DTA联用
DTA是差热分析法(Differential Thermal Analysis)的简称，是在程 序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技 术。
物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化均伴随着吸 热和放热现象。
物理化学变化：氧化还原、分解、脱水和离解
差热分析正是建立在物质的这类性质基础之上的一种检测方法。
13
差热分析的基本原理：以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和 物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温 的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一 环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。降低表现 为放热反应，增高表现为吸热反应。
4
二、TG与DTG曲线
• 热重(TG)曲线，表征了样品在程序升温过程中重量随温度/时间变化 的情况，其纵坐标为重量百分比，表示样品在当前温度/时间下的重 量与初始重量的比值。
• 热重微分(DTG)曲线(即dm/dt曲线，TG曲线上各点对时间坐标取一次 微分作出的曲线)，表征重量变化的速率随温度/时间的变化，其峰值 点表征了各失/增重台阶的重量变化速率最快的温度/时间点。
• TG和DTG模式曲线的优点: (1) 能精确反映出样品的起始反应温度，达到最大反应速率的温
度（峰值）以及终止反应温度。 (2)DTG曲线峰面积与样品对应的质量变化成正比，可精确地进行
定量分析。 （3）能消除TG曲线存在整个变化过程的各阶段变化互相衔接而不
易分开的毛病。
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典型的TG与DTG曲线：
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图1 电磁式微量热天平示意图
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1。
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德国NETZSCH同步热分析仪
图2 德国NETZSCH 同步热分析仪剖面图
•该仪器的最优样品测定量为＜ 15mg。 •允许进入反应炉管的气体最大 流速为100ml/min。 •允许极限升温速率为50℃/min •允许的极限最高温度为1550℃ •气氛：惰性，氧化，还原，静 态，动态。 •采用 TG-DTA 、 TG-DSC样品 支架
图5为煤与CO2在1000℃温度下与CO2反应的失重曲线，在1000℃之
前通入100ml/minN2，温度达到1000℃时反应炉内通入50ml/minCO2和
50ml/minN2的混合气体 。
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4、浮力效应的影响 浮力效应是由于升温使样品周围的气体热膨胀，从而导致
相对密度下降，浮力减少，样品表观增重。
5、 挥发物冷凝的影响 分解产物从样品中挥发出来后，往往会在低温处再冷凝，如
果冷凝在试样皿上会造成测得的失重结果偏低，而当温度进一 步升高，冷凝物再次挥发则会产生假失重，使 TG曲线变形。
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6、试样皿的影响 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，即不能有反应和催化活性。
热重分析法及其联用技术
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一、热重分析的定义及基本原理
• 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。
• 热重实验仪器主要由热天平、炉子、程序控温装置、记录仪器 和支撑器等几个部分组成， 其中最主要的组成部分是热天平。 热天平测量的原理有两种：变位法和零位法。 变位法——是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系， 用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。 零位法——是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾 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。
图6 一种石油焦的CO2气化反应TG曲线
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7、基线漂移 基线漂移是指仪器在升温过程中，试样的质量没有增加或
减少，而记录曲线却显示出有质量变化的一种现象。原因包括： 天平周围的气体密度和温度变化而引起基线变化、天平的膨胀 效应、挥发物在低温区的凝结等。
综上分析可知，样品用量和颗粒大小、升温速率、气氛及浮力 效应等都是影响 TG曲线的因素。因此在进行热重分析时，对不同 样品进行比较时应选择同样的升温速率、相同的气氛和基线，样品 尽量制备成细小的颗粒，并装填紧密 ,使样品颗粒间接触良好，有利 于热传导，以减少热滞后现象。
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。 （3）样品用量大，会导致反应物及反应产物的内外扩散作用也慢，
就不能有效消除内外扩散对反应的影响。
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2、升温速率的影响
20K/min 15K/min 10K/min
图4 不同升温速率下煤的气化反应TG与DTG曲线
升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重，往往导致热重 曲线上的起始温度Ti和终止温度Tf偏高。虽然反应温度随升温速率 变化而变化，但失重量基本保持恒定。
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3、气氛的影响 吹扫气体的改变对 TG曲线的影响非常显著。
图5 一种煤-CO2等温气化反应TG曲线
图3 草酸钙的差热-热重分析
CaC2O4·H2O —— CaC2O4+H2O
草酸钙分解过程：
CaC2O4 —— CaCO3+CO
CaCO3 —— CaO+CO2
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三、影响 TG曲线的因素
1 、试样量的影响 用热重法测定时，试样量要求要少，一般为8～12 mg。 原因： （1） 热重仪器天平灵敏度很高(可达0.1ug)，试样量多会对其敏感
优 点：一个样品，一次升温就可同时获得样品的重量变化及热效 应信息
图7 TG-DTA支架构造
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① 零线：理想状态ΔT=0的线； ② 基线：实际条件下试样无热效 应时的曲线部份； ③ 吸热峰：TS＜TR，ΔT＜0时的曲 线部分； ④ 放热峰：TS＞TR，ΔT＞0时的 曲线部分； ⑤ 起始温度（Ti）：热效应发生 时曲线开始偏离基线的温度； ⑥ 终止温度（Tf）：曲线开始回 到基线的温度； ⑦ 峰顶温度（Tp）：吸、放热峰 的峰形顶部的温度， ⑧ 峰高：是指内插基线与峰顶之 间的距离； ⑨ 峰面积：是指峰形与内插基线 所围面积；
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四、热重联用技术
1、TG-DTA联用
DTA是差热分析法(Differential Thermal Analysis)的简称，是在程 序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技 术。
物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化均伴随着吸 热和放热现象。
物理化学变化：氧化还原、分解、脱水和离解
差热分析正是建立在物质的这类性质基础之上的一种检测方法。
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差热分析的基本原理：以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和 物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温 的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一 环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。降低表现 为放热反应，增高表现为吸热反应。
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二、TG与DTG曲线
• 热重(TG)曲线，表征了样品在程序升温过程中重量随温度/时间变化 的情况，其纵坐标为重量百分比，表示样品在当前温度/时间下的重 量与初始重量的比值。
• 热重微分(DTG)曲线(即dm/dt曲线，TG曲线上各点对时间坐标取一次 微分作出的曲线)，表征重量变化的速率随温度/时间的变化，其峰值 点表征了各失/增重台阶的重量变化速率最快的温度/时间点。
• TG和DTG模式曲线的优点: (1) 能精确反映出样品的起始反应温度，达到最大反应速率的温
度（峰值）以及终止反应温度。 (2)DTG曲线峰面积与样品对应的质量变化成正比，可精确地进行
定量分析。 （3）能消除TG曲线存在整个变化过程的各阶段变化互相衔接而不
易分开的毛病。
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典型的TG与DTG曲线：
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图1 电磁式微量热天平示意图
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1。
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德国NETZSCH同步热分析仪
图2 德国NETZSCH 同步热分析仪剖面图
•该仪器的最优样品测定量为＜ 15mg。 •允许进入反应炉管的气体最大 流速为100ml/min。 •允许极限升温速率为50℃/min •允许的极限最高温度为1550℃ •气氛：惰性，氧化，还原，静 态，动态。 •采用 TG-DTA 、 TG-DSC样品 支架
图5为煤与CO2在1000℃温度下与CO2反应的失重曲线，在1000℃之
前通入100ml/minN2，温度达到1000℃时反应炉内通入50ml/minCO2和
50ml/minN2的混合气体 。
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4、浮力效应的影响 浮力效应是由于升温使样品周围的气体热膨胀，从而导致
相对密度下降，浮力减少，样品表观增重。
5、 挥发物冷凝的影响 分解产物从样品中挥发出来后，往往会在低温处再冷凝，如
果冷凝在试样皿上会造成测得的失重结果偏低，而当温度进一 步升高，冷凝物再次挥发则会产生假失重，使 TG曲线变形。
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6、试样皿的影响 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，即不能有反应和催化活性。
热重分析法及其联用技术
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一、热重分析的定义及基本原理
• 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。
• 热重实验仪器主要由热天平、炉子、程序控温装置、记录仪器 和支撑器等几个部分组成， 其中最主要的组成部分是热天平。 热天平测量的原理有两种：变位法和零位法。 变位法——是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系， 用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。 零位法——是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾 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。
图6 一种石油焦的CO2气化反应TG曲线
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7、基线漂移 基线漂移是指仪器在升温过程中，试样的质量没有增加或
减少，而记录曲线却显示出有质量变化的一种现象。原因包括： 天平周围的气体密度和温度变化而引起基线变化、天平的膨胀 效应、挥发物在低温区的凝结等。
综上分析可知，样品用量和颗粒大小、升温速率、气氛及浮力 效应等都是影响 TG曲线的因素。因此在进行热重分析时，对不同 样品进行比较时应选择同样的升温速率、相同的气氛和基线，样品 尽量制备成细小的颗粒，并装填紧密 ,使样品颗粒间接触良好，有利 于热传导，以减少热滞后现象。