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热 分 析 技 术 名 称
热重法（thermogravimetry, TG 差 热 分 析 （ differential thermal analysis, DTA）
物 理 性 质
质量 温度
差示扫描量热法（ differential scanning calorimetriy, D百度文库C）
热量
17.1
试样吸热
ΔT=Ts – Tr 试样放热
ΔT＜0
ΔT＞0
DSC检测的是功率差与温度的关系。dH/dt为单位时 间试样的焓变，称为热流率。
dQs dQr dH W dt dt dt
试样吸热，给试样额外提供能量（ΔW＞0）
ΔT=Ts – Tr→0
试样放热，给参比物额外提供能量（ΔW＜0)
x y 0.4673 CaC 2 O 4 BaC 2 O 4 x y 0.5713 CaCO 3 BaCO3
解之：
x = 0.2725
y=0.1948
Ca 0.2725 0.1091 CaCO 3 Ba 0.1948 0.1356 BaCO3
17.3
DTA和DSC的应用示例
由峰的位置、形状、 数目及其面积表征、鉴 定物质、测定热化学参 数。
高聚物的DTA曲线、 Tg为玻璃化转化温度， 微结晶化和氧化——放 热，熔化、分解——吸 热。
七种聚合物混合物的DTA曲线，利用它们各自的熔融吸热 峰的特征性，由峰顶温度鉴定。
ICTA 建议以外推起始温度 （ Te ）值为熔点，相应的熔化 热由峰面积求出。 DSC测定比热容（Cp）在同 样操作条件下 Cp· m ∝ dH dt
17.2.2 DTA曲线和DSC曲线
DTA曲线和DSC曲线共同点是“峰”，即当试样因转变 dH （或反应）产生热效应时，ΔT（或 ）会偏离基线，逐 dt 渐达到峰顶，然后又回来。
典 型 的 DTA 曲 线 吸热峰朝下，放热峰 朝上外推起始温度 Te 峰温Tm
DSC曲线，峰的方向与热力学性质一致，吸热峰（焓 增）向上，放热峰（焓减）向下。这与DTA曲线恰好相反。
m y C p my Cp
【例3】P522-3 习题6 从基线往上量出，标准物蓝宝石 y′=38mm ，镍合金 y=34mm 已知360K蓝宝石， C p 0.887 J ( g K ) 1 ∴ 镍合金
m y 132.5 34 Cp C 0.887 0.376 J ( g K ) 1 p my 280 38
17.2.3
定量校正方法
峰面积(A)越大，表示转变(或反应)热(ΔH)越大。同时A与试 样质量(m)及仪器的许多参数有关。这些参数的影响可用标定 系数(k)表示。 ΔH· m=k· A 此式用于： ①当k和ΔH已知时，测定指定分析物的质量（m） ②当k和m已知时，计算焓变。 DTA 中， k 与温度有关，在较窄的温度范围内，使用已知转化 热的物质——标准物质来标定。 在 DSC 使用的温度范围内， k 一般可认为与温度无关，因此只 需要用一种标准物质（一般是高纯铟）即可确定k值。
0.1091 Ca 100% 18.11 0.6025 0.1356 Ba 100% 22.51 0.6025
17.2
差热分析（DTA）和差示扫描量 热法DSC）的原理
17.2.1 DTA和DSC
参比物是在实验的温度范围内没有热活性的物质，参比 物温度与程序温度同步。通常试样温度滞后于炉温，采用参 比物，这种“滞后”几乎可以忽略。如果试样在某一温度下 发生转变（或反应），就会产生热效应，而参比物没有热活 性，不会产生热效应。 DTA检测的是ΔT与温度的关系。
热天平记录的曲线称为 热重曲线（TG曲线）。
平台 AB， CD 起始温度，Ti 终止温度，Tf 反应区间，Ti —Tf
TG是一种热动态测试技术，许多因素都会影响TG曲线。 升温速率、气氛应通过试验选择，并在 TG曲线上标明。样 品用量适度，粒度小而均匀、装填均匀薄层。
17.1.2 TG的应用示例
微商热重曲线进一步揭示： 140、180、205℃三个峰说明三 种盐脱水温度有差别，而三种草 酸盐失去CO几乎是同步的。
【例1】将0.6025g试样溶解，并将其中的Ca2+和Ba2+沉淀 为草酸盐。随后将草酸盐置于热天平中加热、分析。在 320~400℃称得质量为0.5713g，在580~620℃称得质量为 0.4673g。计算试样中Ca和Ba的质量分数。 解：设CaCO3质量为xg, BaCO3质量为yg 由题意列方程组
【例2】P522，习题3 先由标准物质（In）的数据计算k：
H m 28.45J g 1 12.1 10 3 g k 3.70 10 3 J unit 1 A 93unit
再计算三十二烷的链旋转转变能：
k A 3.70 10 3 J unit 1 158unit 1 H 57 . 3 J g m 10.2 10 3 g
物质的纯度越高， DSC 曲线上，熔融峰越陡， 峰顶温度越高，而且Te 也越高。据此可比较 （测定）物质的纯度。
和DSC、DTA相比， TG的应用更受限制，其 主要原因是温度的变化 必须伴随质量的变化， TG主要用于分解、氧化 反应的检测以及蒸发、 升华、解吸、脱湿这样 过程的研究。 五种高聚物热稳定性的 差别可作为鉴定的特征。
聚乙烯中碳黑含量的确定
CaC2O4· H2O分解过程的研究
混合物的研究 : 从 TG 曲线上 可知320~400℃为三种无水草酸 盐，而580~620℃是三种碳酸盐。 碳酸盐失去 CO2 先生成 CaO ，然 后生成SrO。
热重法（TG）
热重法是在程序控制温度下测量物质的质量 与温度的关系的一种技术。
17.1.1 热天平和热重曲线
在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器 称为热天平。 热天平由四个部分组成：①灵敏的分析天平，②加热 炉，③驱气系统 ——提供惰性的（有时是反应的）气 氛，④微机（用于仪器控制及数据的记录、显示）。 通常，热电偶并未与试样直接接触（而是尽可能靠近 试样坩埚），热天平记录的温度总是滞后/领先于实际 试样温度。采用标准物质居里点法进行温度标定。
第十七章 热分析 (Thermal analysis)
热分析和热分析技术 17.1 热重法（TG） 17.2 差热分析（ DTA ）和差示扫描量热法 （DSC）的原理 17.3 DTA和DSC的应用示例
热分析和热分析技术 热分析是在程序控制温度下测量物质（及其 反应产物）的物理性质与温度的关系的一组技术。
DSC是通过测定试样和参比物的功率差来代表试样 在转变（或反应）中的焓变。
差热分析仪和差示扫描量热仪
差示扫描量热仪 当 I = Is + Ir 恒定 R s = Rr = R时 dH dt
dH W V V s Vr dt
即两个加热丝之间的电压差与 dH/dt 成正比，比例系数可由已 知纯物质校正求得。 由于温差导致的热传递会影响热效应的测量，因此在灵敏度和 精度方面DTA仪不如DSC仪，但DTA仪在高温、高压方面有优势
热重法（thermogravimetry, TG 差 热 分 析 （ differential thermal analysis, DTA）
物 理 性 质
质量 温度
差示扫描量热法（ differential scanning calorimetriy, D百度文库C）
热量
17.1
试样吸热
ΔT=Ts – Tr 试样放热
ΔT＜0
ΔT＞0
DSC检测的是功率差与温度的关系。dH/dt为单位时 间试样的焓变，称为热流率。
dQs dQr dH W dt dt dt
试样吸热，给试样额外提供能量（ΔW＞0）
ΔT=Ts – Tr→0
试样放热，给参比物额外提供能量（ΔW＜0)
x y 0.4673 CaC 2 O 4 BaC 2 O 4 x y 0.5713 CaCO 3 BaCO3
解之：
x = 0.2725
y=0.1948
Ca 0.2725 0.1091 CaCO 3 Ba 0.1948 0.1356 BaCO3
17.3
DTA和DSC的应用示例
由峰的位置、形状、 数目及其面积表征、鉴 定物质、测定热化学参 数。
高聚物的DTA曲线、 Tg为玻璃化转化温度， 微结晶化和氧化——放 热，熔化、分解——吸 热。
七种聚合物混合物的DTA曲线，利用它们各自的熔融吸热 峰的特征性，由峰顶温度鉴定。
ICTA 建议以外推起始温度 （ Te ）值为熔点，相应的熔化 热由峰面积求出。 DSC测定比热容（Cp）在同 样操作条件下 Cp· m ∝ dH dt
17.2.2 DTA曲线和DSC曲线
DTA曲线和DSC曲线共同点是“峰”，即当试样因转变 dH （或反应）产生热效应时，ΔT（或 ）会偏离基线，逐 dt 渐达到峰顶，然后又回来。
典 型 的 DTA 曲 线 吸热峰朝下，放热峰 朝上外推起始温度 Te 峰温Tm
DSC曲线，峰的方向与热力学性质一致，吸热峰（焓 增）向上，放热峰（焓减）向下。这与DTA曲线恰好相反。
m y C p my Cp
【例3】P522-3 习题6 从基线往上量出，标准物蓝宝石 y′=38mm ，镍合金 y=34mm 已知360K蓝宝石， C p 0.887 J ( g K ) 1 ∴ 镍合金
m y 132.5 34 Cp C 0.887 0.376 J ( g K ) 1 p my 280 38
17.2.3
定量校正方法
峰面积(A)越大，表示转变(或反应)热(ΔH)越大。同时A与试 样质量(m)及仪器的许多参数有关。这些参数的影响可用标定 系数(k)表示。 ΔH· m=k· A 此式用于： ①当k和ΔH已知时，测定指定分析物的质量（m） ②当k和m已知时，计算焓变。 DTA 中， k 与温度有关，在较窄的温度范围内，使用已知转化 热的物质——标准物质来标定。 在 DSC 使用的温度范围内， k 一般可认为与温度无关，因此只 需要用一种标准物质（一般是高纯铟）即可确定k值。
0.1091 Ca 100% 18.11 0.6025 0.1356 Ba 100% 22.51 0.6025
17.2
差热分析（DTA）和差示扫描量 热法DSC）的原理
17.2.1 DTA和DSC
参比物是在实验的温度范围内没有热活性的物质，参比 物温度与程序温度同步。通常试样温度滞后于炉温，采用参 比物，这种“滞后”几乎可以忽略。如果试样在某一温度下 发生转变（或反应），就会产生热效应，而参比物没有热活 性，不会产生热效应。 DTA检测的是ΔT与温度的关系。
热天平记录的曲线称为 热重曲线（TG曲线）。
平台 AB， CD 起始温度，Ti 终止温度，Tf 反应区间，Ti —Tf
TG是一种热动态测试技术，许多因素都会影响TG曲线。 升温速率、气氛应通过试验选择，并在 TG曲线上标明。样 品用量适度，粒度小而均匀、装填均匀薄层。
17.1.2 TG的应用示例
微商热重曲线进一步揭示： 140、180、205℃三个峰说明三 种盐脱水温度有差别，而三种草 酸盐失去CO几乎是同步的。
【例1】将0.6025g试样溶解，并将其中的Ca2+和Ba2+沉淀 为草酸盐。随后将草酸盐置于热天平中加热、分析。在 320~400℃称得质量为0.5713g，在580~620℃称得质量为 0.4673g。计算试样中Ca和Ba的质量分数。 解：设CaCO3质量为xg, BaCO3质量为yg 由题意列方程组
【例2】P522，习题3 先由标准物质（In）的数据计算k：
H m 28.45J g 1 12.1 10 3 g k 3.70 10 3 J unit 1 A 93unit
再计算三十二烷的链旋转转变能：
k A 3.70 10 3 J unit 1 158unit 1 H 57 . 3 J g m 10.2 10 3 g
物质的纯度越高， DSC 曲线上，熔融峰越陡， 峰顶温度越高，而且Te 也越高。据此可比较 （测定）物质的纯度。
和DSC、DTA相比， TG的应用更受限制，其 主要原因是温度的变化 必须伴随质量的变化， TG主要用于分解、氧化 反应的检测以及蒸发、 升华、解吸、脱湿这样 过程的研究。 五种高聚物热稳定性的 差别可作为鉴定的特征。
聚乙烯中碳黑含量的确定
CaC2O4· H2O分解过程的研究
混合物的研究 : 从 TG 曲线上 可知320~400℃为三种无水草酸 盐，而580~620℃是三种碳酸盐。 碳酸盐失去 CO2 先生成 CaO ，然 后生成SrO。
热重法（TG）
热重法是在程序控制温度下测量物质的质量 与温度的关系的一种技术。
17.1.1 热天平和热重曲线
在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器 称为热天平。 热天平由四个部分组成：①灵敏的分析天平，②加热 炉，③驱气系统 ——提供惰性的（有时是反应的）气 氛，④微机（用于仪器控制及数据的记录、显示）。 通常，热电偶并未与试样直接接触（而是尽可能靠近 试样坩埚），热天平记录的温度总是滞后/领先于实际 试样温度。采用标准物质居里点法进行温度标定。
第十七章 热分析 (Thermal analysis)
热分析和热分析技术 17.1 热重法（TG） 17.2 差热分析（ DTA ）和差示扫描量热法 （DSC）的原理 17.3 DTA和DSC的应用示例
热分析和热分析技术 热分析是在程序控制温度下测量物质（及其 反应产物）的物理性质与温度的关系的一组技术。
DSC是通过测定试样和参比物的功率差来代表试样 在转变（或反应）中的焓变。
差热分析仪和差示扫描量热仪
差示扫描量热仪 当 I = Is + Ir 恒定 R s = Rr = R时 dH dt
dH W V V s Vr dt
即两个加热丝之间的电压差与 dH/dt 成正比，比例系数可由已 知纯物质校正求得。 由于温差导致的热传递会影响热效应的测量，因此在灵敏度和 精度方面DTA仪不如DSC仪，但DTA仪在高温、高压方面有优势