什么是熱重分析儀

分析方法

從熱重曲線上我們就可以知道CuSO4·5H2O中的5個(gè)結(jié)晶水是分三步脫去的。通過(guò)TGA 實(shí)驗(yàn)有助于研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；也有助于研究物質(zhì)的脫水、解離、氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現(xiàn)象。熱重分析通常可分為兩類(lèi)：動(dòng)態(tài)(升溫)和靜態(tài)(恒溫)。熱重法試驗(yàn)得到的曲線稱(chēng)為熱重曲線(TG曲線)，TG曲線以質(zhì)量作縱坐標(biāo)，從上向下表示質(zhì)量減少；以溫度(或時(shí)間)作橫坐標(biāo)，自左至右表示溫度(或時(shí)間)增加。
工作原理

熱重分析儀主要由天平、爐子、程序控溫系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等幾個(gè)部分構(gòu)成。

最常用的測(cè)量的原理有兩種，即變位法和零位法。所謂變位法，是根據(jù)天平梁傾斜度與質(zhì)量變化成比例的關(guān)系，用差動(dòng)變壓器等檢知傾斜度，并自動(dòng)記錄。零位法是采用差動(dòng)變壓器法、光學(xué)法測(cè)定天平梁的傾斜度，然后去調(diào)整安裝在天平系統(tǒng)和磁場(chǎng)中線圈的電流，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)恢復(fù)天平梁的傾斜，即所謂零位法。由于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)所施加的力與質(zhì)量變化成比例，這個(gè)力又與線圈中的電流成比例，因此只需測(cè)量并記錄電流的變化，便可得到質(zhì)量變化的曲線。

影響因素

試樣量和試樣皿

熱重法測(cè)定，試樣量要少，一般2～5mg。一方面是因?yàn)閮x器天平靈敏度很高(可達(dá)0．1μg)，另一方面如果試樣量多，傳質(zhì)阻力越大，試樣內(nèi)部溫度梯度大，甚至試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)會(huì)使試樣溫度偏離線性程序升溫，使TG曲線發(fā)生變化，粒度也是越細(xì)越好，盡可能將試樣鋪平，如粒度大，會(huì)使分解反應(yīng)移向高溫。

試樣皿的材質(zhì)，要求耐高溫，對(duì)試樣、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物和氣氛都是惰性的，即不能有反應(yīng)活性和催化活性。通常用的試樣皿有鉑金的、陶瓷、石英、玻璃、鋁等。特別要注意，不同的樣品要采用不同材質(zhì)的試樣皿，否則會(huì)損壞試樣皿，如：碳酸鈉會(huì)在高溫時(shí)與石英、陶瓷中的SiO2反應(yīng)生成硅酸鈉，所以像碳酸鈉一類(lèi)堿性樣品，測(cè)試時(shí)不要用鋁、石英、玻璃、陶瓷試樣皿。鉑金試樣皿，對(duì)有加氫或脫氫的有機(jī)物有活性，也不適合作含磷、硫和鹵素的聚合物樣品，因此要加以選擇。

升溫速率

升溫速度越快，溫度滯后越嚴(yán)重，如聚苯乙烯在N2中分解，當(dāng)分解程度都取失重10%時(shí)，用1℃/min測(cè)定為357℃，用5℃/min測(cè)定為394℃相差37℃。升溫速度快，使曲線的分辨力下降，會(huì)丟失某些中間產(chǎn)物的信息，如對(duì)含水化合物慢升溫可以檢出分步失水的一些中間物。

氣氛影響

熱天平周?chē)鷼夥盏母淖儗?duì)TG曲線影響顯著，CaCO3在真空、空氣和CO2三種氣氛中的TG曲線，其分解溫度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解產(chǎn)物，氣氛中存在CO2會(huì)抑制CaCO3的分解，使分解溫度提高。

聚丙烯在空氣中，150～180℃下會(huì)有明顯增重，這是聚丙烯氧化的結(jié)果，在N2中就沒(méi)有增重。氣流速度一般為40ml/min，流速大對(duì)傳熱和溢出氣體擴(kuò)散有利。

揮發(fā)物冷凝

分解產(chǎn)物從樣品中揮發(fā)出來(lái)，往往會(huì)在低溫處再冷凝，如果冷凝在吊絲式試樣皿上會(huì)造成測(cè)得失重結(jié)果偏低，而當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，冷凝物再次揮發(fā)會(huì)產(chǎn)生假失重，使TG曲線變形。解決的辦法，一般采用加大氣體的流速，使揮發(fā)物立即離開(kāi)試樣皿。

浮力

浮力變化是由于升溫使樣品周?chē)臍怏w熱膨脹從而相對(duì)密度下降，浮力減小，使樣品表觀增重。如：300℃時(shí)的浮力可降低到常溫時(shí)浮力的一半，900℃時(shí)可降低到約1/4。實(shí)用校正方法是做空白試驗(yàn)，(空載熱重實(shí)驗(yàn))，消除表觀增重。

TG曲線關(guān)鍵溫度表示法

分析應(yīng)用

熱重法應(yīng)用

熱重法的重要特點(diǎn)是定量性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率，可以說(shuō)，只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來(lái)研究其變化過(guò)程。熱重法所測(cè)的性質(zhì)包括腐蝕，高溫分解，吸附 /解吸附，溶劑的損耗，氧化 /還原反應(yīng)，水合 /脫水，分解，黑煙末等，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。具體包括：

無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及聚合物的熱分解； 金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過(guò)程； 固態(tài)反應(yīng)； 礦物的煅燒和冶煉； 液體的蒸餾和汽化； 煤、石油和木材的熱解過(guò)程； 含濕量、揮發(fā)物及灰分含量的測(cè)定； 升華過(guò)程； 脫水和吸濕； 爆炸材料的研究； 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究； 發(fā)現(xiàn)新化合物； 吸附和解吸； 催化活度的測(cè)定； 表面積的測(cè)定； 氧化穩(wěn)定性和還原穩(wěn)定性的研究； 反應(yīng)機(jī)制的研究。

分析舉列

使樣品處于程序控制的溫度下,觀察樣品的質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的函數(shù)。廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。

測(cè)量物質(zhì)的重量變化（在受控氣氛內(nèi)受溫度變化）。所有塞塔拉姆天平都滿(mǎn)足更高的度和穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。由熱重分析儀(TGA) 所測(cè)的性質(zhì)包括腐蝕，高溫分解，吸附 /解吸附，溶劑的損耗，氧化 /還原反應(yīng)，水合 /脫水，分解，黑煙末等

儀器特點(diǎn)：

溫度范圍: RT ～ 1000℃

加熱與冷卻速率快。

有效精度：1μg (內(nèi)部精度: 0.1μg)

真空密封結(jié)構(gòu)。

直接測(cè)定樣品溫度。

頂部裝樣設(shè)計(jì),操作簡(jiǎn)易。

易與紅外(FTIR)、氣相質(zhì)譜(QMS)、脈沖熱分析(PulseTA) 及氣相分析(GC)聯(lián)用。

提供 c-DTA（計(jì)算型 DTA）功能（選件)

Super-Res（速率控制質(zhì)量變化）功能（選件）

自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng) ASC（選件）

TG 209 C 熱重實(shí)驗(yàn)步驟

稱(chēng)取適當(dāng)重量樣品于坩堝中。

打開(kāi)蓋子 - 裝入樣品坩堝 - 關(guān)上蓋子

在軟件中設(shè)定溫度程序與氣氛等條件。

初始化工作條件，如氣體流量、抽真空等。

開(kāi)始測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用 NETZSCH - Proteus 軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

熱重分析

熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）是指在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。TGA在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測(cè)手段。熱重分析在實(shí)際的材料分析中經(jīng)常與其他分析方法聯(lián)用，進(jìn)行綜合熱分析，全面準(zhǔn)確分析材料。

種類(lèi)

熱重分析通?？煞譃閮深?lèi)：動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。

1、靜態(tài)法：包括等壓質(zhì)量變化測(cè)定和等溫質(zhì)量變化測(cè)定。等壓質(zhì)量變化測(cè)定是指在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)在恒定揮發(fā)物分壓下平衡質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種方法。等溫質(zhì)量變化測(cè)定是指在恒溫條件下測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與壓力關(guān)系的一種方法。這種方法準(zhǔn)確度高，但是費(fèi)時(shí)。

2、動(dòng)態(tài)法：就是我們常說(shuō)的熱重分析和微商熱重分析。微商熱重分析又稱(chēng)導(dǎo)數(shù)熱重分析（DerivativeThermogravimetry，簡(jiǎn)稱(chēng)DTG），它是TG曲線對(duì)溫度（或時(shí)間）的一階導(dǎo)數(shù)。以物質(zhì)的質(zhì)量變化速率（dm/dt） 對(duì)溫度T（或時(shí)間t）作圖，即得DTG曲線。

儀器構(gòu)造

進(jìn)行熱重分析的基本儀器為熱天平，它包括天平、爐子、程序控溫系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等幾個(gè)部分。除熱天平外，還有彈簧秤。

熱重分析儀結(jié)構(gòu)：

試樣支持器；

爐子；

測(cè)溫?zé)犭娕迹?/span>

傳感器；

平衡錘；

阻尼和天平復(fù)位器；

天平；

阻尼信號(hào)

應(yīng)用

熱重分析法可以研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過(guò)程、脫水、解離、氧化、還原、成份的定量分析、添加劑與填充劑影響、水份與揮發(fā)物、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等化學(xué)現(xiàn)象。

廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。

熱重法的重要特點(diǎn)是定量性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率，可以說(shuō)，只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來(lái)研究其變化過(guò)程。熱重法已在下述諸方面得到應(yīng)用：

無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及聚合物的熱分解；

金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過(guò)程；

固態(tài)反應(yīng)；

礦物的煅燒和冶煉；

液體的蒸餾和汽化；

煤、石油和木材的熱解過(guò)程；

含濕量、揮發(fā)物及灰分含量的測(cè)定；

升華過(guò)程；

脫水和吸濕；

爆炸材料的研究；

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究；

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