影响DSC和TG分析结果的主要因素
锂离子电池中的热重差热分析方法(TG-DSC)参数选择和曲线分析
锂离子电池中的热重差热分析方法（TG-DSC)的参数选择和曲线分析一．测试原理在锂离子电池研究分析中，热重差热分析方法（TG-DSC)一般用来研究锂离子正负极材料的合成分析研究中，用来指导改善合成条件。
热重差热分析方法（TG-DSC)其实是2种分析方法，是热重分析和差热分析，为了测试方便，通常把这2种方法合成在一起通过热重差热仪，测试一个样品可以得到2种曲线。
热重分析原理：在程序控温下,测量物质与温度的关系的技术(包括在恒温下,测量物质的质量与时间的关系)差热分析原理：差热分析的基本原理是将被测物质与参比物质放在同一条件的测温热电偶上,在程序温度控制下,测量物质与参比物之间温度差与温度变化的一种技术。
其实际就是通过测量材料状态改变时产生的热力学性能变化，来判断材料物理或化学变化过程。
通过重量和热量的变化可以推测材料在升温过程中，材料发生的变化。
二．电池材料测试过程中的差热热重分析数据的受哪些因素的影响呢？（1）样品与称量皿选择选择好样品后，选择称量皿时必须考虑样品在选定的温度范围内不发生化学反应。
否则肯定会影响测定结果。
（2）升温速率的选择升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
比如锂离子磷酸铁锂正极材料的温升速度一般选择为5°/min-10°/min之间。
（3）材料粒度样品的粒度大，材料内部的气体就不容易挥发出来，这样会影响曲线的变化，太细，就容易导致差热曲线往低温方向移动。
锂离子电池的测试中，比如正极材料，一般为纳米或者微米级别。
（4）样品的用量样品的用量也会影响测试数据，试样量小， 测试设备的灵敏度会下降。
试样量大的优点是可以观察到细小的转变，可以得到较精确的定量结果。
在正极材料的测试中，一般测试的样品要求在5～30 mg之间变动。
（5）气氛的影响（氧化/还原、 惰性， 热导性， 静态/动态）一般锂离子电池材料测试中，采用惰性气体进行保护测试。
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法（DSC）-化学实验中心
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)一、实验目的1.了解DTA、DSC的原理。
2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。
二、实验原理1．DTA图（11-1）是DTA的示意图。
通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。
比较先进的仪器还有数据处理部分。
温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。
气氛控制是为试样提供真空、保护气氛和反应气氛，它包括真空泵、充气钢瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
交换器是由同种材料做成的一对热电偶，将它们反向串接，组成差示热电偶，并分别置于试样和参比物盛器的底部下面，示差热电偶的电压信号，加以放大后送到显示记录。
参比物应选择那些在实验温度范围内不发生热效应的物质，如α-Al2O3、石英粉、MgO粉等，它的热容和热导率与样品应尽可能相近，当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时，若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，ΔT＝0，差示热电偶无信号输出，记录仪上记录温差的笔仅划一条直线，称为基线。
另一支笔记参比物温度变化。
而当试样温度上升到某一温度发生热效应时，试样温度与参比物温度不再相等，ΔT≠0，差示热电偶有信号输出，这时就偏离基线而划出曲线。
ΔT随温度变化的曲线即DTA曲线。
温差ΔT作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上。
炉子的温度T w以一定的速度变化，基准物的温度T r在t＝0时与T w相等。
但当T w开始随时间增加时，由于基准物与容器有热容C r，发生一定的滞后；试样温度T s也相同，不同的热容，滞后的时间也不同，T w、T r、T s之间出现差距，在试样不发生任何热变化时ΔT呈定值，如图12-2所示。
其值与热容、热导和升温速度有关。
而热容、热导又随温度变化，这样，在整个升温过程中基线会发生不同程度的漂移。
FTIR、DSC、TG在聚合物材料一致性控制中的应用及其影响因素的研究
( 1) 扫描次数对实验结果的影响 如图 2所 示， 从上到 下的扫 描次数 依次 为8、 16、32、64、128，从图中可以看到扫描次数对PS
40 家电 科技
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标准
圉2不同扫描次数的聚苯乙烯红外光谱
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图1为PS红外 光谱图 。在 3125c m。～3000c m。 附近有丰富的谱带，对应于苯环氢的伸缩振动； 16 00 cm。。和1 49 2cm’‘为苯环的伸缩振动，7 55 cm。 和700c m。1为苯环氢的面外弯曲振动，1068c m。和 1027c m。为苯环的平面振动。通过这些特征峰可 以大致鉴别未知塑料是否为聚苯乙烯。由于不同 物质含有自身特定的基团与结构，而不同的基团 在红外中的吸收峰不同，通过该原理即可大致判 断区分常用塑 料的种类。
Abs t r ac t ：Appl i ca t i on i n pol ymer mat er i a l s c ons i s t e ncy cont r ol of FTI R、DSC、TG wer e di s cuss ed by us i ng PS as a s ampl e．The pre s ent s t udy had anal yzed t h e ef f e ct s of on FTI R；t he ef f e ct s of gas f l ow r a t e，hea t i n g r a t e，sa mpl e ma s s on DSC and TG． Keywor ds ：I R s pe c t r a ；DSC；TG；PS；Ma t e r i al c ons i s t e ncy cont r ol ；I nf l ue nc i ng f i ng Yu Liyu Fu di nwei Hu Boning Li Ta ng hua Li n gui f en g Wang Hai tao Hua ng
tga 与dsc工作原理
TGA与DSC工作原理
热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）和差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是两种常用的热分析技术，它们的工作原理如下：
1. TGA：
TGA是一种测量物质在升温或降温过程中质量变化的技术。
样品被放置在一个加热炉中，在程序控制的温度和气氛下进行加热或冷却。
当样品发生化学反应或物理变化时，会引起质量的变化，这种质量变化可以通过测量样品的重量或质量变化率来获得。
TGA可以用于研究物质的热稳定性、反应动力学、分解反应等。
2. DSC：
DSC是一种测量物质在升温或降温过程中吸收或释放热量的技术。
样品和对照物（通常是惰性气体）被放入一个加热炉中，在程序控制的温度和气氛下进行加热或冷却。
当样品和对照物之间存在热量差异时，会产生热量差，这种热量差可以通过测量样品和对照物之间的温度差来获得。
DSC 可以用于研究物质的相变、反应动力学、热稳定性等。
总的来说，TGA和DSC都是热分析技术，可以用于研究物质在热处理过程中的变化。
它们的区别在于TGA是通过测量样品的质量变化来获得信息，而DSC是通过测量样品
和对照物之间的热量差来获得信息。
影响dsc分析结果的主要原因
影响DSC分析结果的主要因素1. 样品量样品量少，样品的分辨率髙，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
另一方面，样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加，峰起始温度基本不变，但峰顶温度增加，峰结束温度也提高，因此如同类样品要相互比较差异，最好采用相同的量。
2. 升温速率通常升温速率范围在5～20度/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾，人们一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般，随着升温速率的增加，融化峰起始温度变化不大，而峰顶和峰结束温度提高，峰形变宽。
3. 气氛一般使用惰性气体，如氮气、氩气、氦气等，就不会产生氧化反应峰，同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定（如10ml/min），否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响，要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍，所以在做低温DSC用氦气作保护气时，冷却速度加快，测定时间缩短，但因为氦气热导率髙，使峰检测灵敏度降低，约是氮气的40％，因此在氦气中测定热量时，要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时，要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的DSC曲线，来解释一些氧化反应。
TG分析的主要影响因素一、仪器的影响1. 浮力的影响（1）热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。
（2）热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。
2. 坩埚的影响热分析用的坩埚(或称试样杯、试样皿)材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性，也不能有催化活性。
坩埚的大小、重量和几何形状对热分析也有影响。
3. 挥发物再冷凝的影响试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了仪器，而且还使测得的失重量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形，使测定不准，也不能重复。
实验17- DSC测定聚合物的Tg和Tm
实验17DSC测定聚合物的T g和T m一、实验目的1．了解差示扫描量热仪（DSC）的原理及仪器装置。
2．掌握使用DSC测试聚合物T g和T m的方法。
二、基本原理材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理变化或化学反应，同时产生热效应和质量方面的变化，这是热分析技术的基础。
热分析（Thermal Analysis）即是在程序温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。
1963年美国Perkin-Elmer公司生产了第一台商业化产品DSC-1，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，DSC即在程序温度下，测量输入到物质和参比物的功率与温度（时间）的关系的技术，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，灵敏度和精确度更高，试样用量更少，而且分辨率和重现性也比DTA好。
由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，DSC可以精确地地测定样品在被加热、冷却或恒温时吸收或放出的能量（热），主要用于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。
按所用的测量方法分为功率补偿DSC（Power-compensation DSC）和热流DSC（Heat Flux DSC）两种。
前者的技术思想是通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物间热流差成正比关系。
功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个是控制温度，使试样和参比物以预定的程序升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物间的温差，不需要复杂的热流方程，因为系统直接测定自样品中流入和流出的能量。
109110图17-1功率补偿式DSC 原理在功率补偿DSC 中，样品和参比材料分别放入各成一体的量热器中，样品与参比物的热容存在差异，或者材料有热效应时，为了维持样品与参比物的动态零温差，输入到样品和参比的功率会有所不同，仪器立即对样品进行功率补偿，从补偿功率可以直接求得热流率：dt dH dt dQ dt dQ W =-=∆r s (1)式中ΔW 为所补偿的功率，Q s 为试样的吸热量，Q r 为参比物的吸热量，dt dH 为热流率（mW ）。
热分析实验技巧 - 升温速率对DSC与TG测试的影响
400500600700800900Temperature/°C20406080100Mass/%2-dim.Avrami-Erofeev 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图2. 采用A2模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)400500600700800900Temperature/20406080100Mass/%1st order reaction 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图3. 采用F1模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)400500600700800900Temperature/°C20406080100Mass/%3-dim.diffusion Jander's type 10.0K/min 5.0K/min 2.5K/min 1.0K/minA B图4. 采用D3模型拟合TG 测试数据。
数据由反应类型A2模拟 (噪音水平: 0.2%, 升温速率: 1, 2.5, 10K/min)采用相同升温速率进行多次测试时, 上述局部解法比较合适, 因为测量误差可相互抵消。
但以不同的升温速率进行测试时, 局部解法难以获得更高的分辨能力。
4. 从实际测量数据获取热力学模型 ……待续连载: 热分析实验技巧 (1)德国耐驰仪器制造有限公司 应用实验室 徐梁一、升温速率对DSC 与TG 测试的影响 • 快速升温: 易产生反应滞后, 样品内温度梯度增大, 峰 (平台) 分离能力下降；DSC 基线漂移较大, 但能提高灵敏度、峰形较大。
• 慢速升温: 有利于DTA 、DSC 、DTG 相邻峰的分离；TG 相邻失重平台的分离；DSC 基线漂移较小, 但峰形也较小。
热分析技术简介大全TG-DTA-DSC
热重仪器结构示意图
3、影响热重法测定结果的因素
➢仪器因素
• 升温速率 • 炉内气氛 • 支持器及坩埚材料 • 炉子的几何形状 • 热天平灵敏度
➢试样因素
• 试样用量 • 试样粒度
升温速率
➢ 对热重法影响比较大。
➢ 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。虽然分解温度随升温速率变化而变化， 但失重量保持恒定。
差热曲线或DTA曲线：描述这种变化的曲线。
参比物：在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。 常见的α-Al2O3、MgO等
热分析依据：
物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着 吸热和放热现象。如晶型转变、升华、蒸发、熔融等物理变 化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随 一定的热效应变化。差热分析正是建立在物质的这类性质基 础之上的一种方法。
寿命的研究； ➢ 石油、煤炭和木材的热裂解 ➢ 反应动力学研究。
应用举例
Weight loss(wt%, daf) Rate of weight loss (%/s)
• 大同煤的TG－DTG分析
0.00
100
-0.02
90
10K/min
N 25ml/min
80
2
25mg
70
-0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12
1953年 W.L.De Keyser在热重分析仪器基础上发明了微熵热 重仪，得到了热重—微熵热重曲线图。
1964年美国的瓦特逊（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PE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。
(完整word版)TG-DSC热分析
TG-DSC热分析一、实验目的1.了解热重分析法和差示扫描量热法的基本原理和同步热分析仪分析仪的基本构造；2.掌握同步热分析仪的使用方法；3.测定碳酸钙试样的TG-DSC谱图,并根据所得到的谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。
二、实验原理1.热重分析热重法，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。
进行热重分析的仪器，称为热重仪，主要由三部分组成，温度控制系统，检测系统和记录系统。
通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成的产物等与质量相联系的信息。
从热重法可以派生出微商热重法，也称导数热重法，它是记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种技术。
实验得到的结果是微商热重曲线，即DTG曲线，以质量变化率为纵坐标，自上而下表示减少；横坐标为温度或时间，从左往右表示增加。
DTG曲线的特点是，它能精确反映出每个失重阶段的起始反应温度，最大反应速率温度和反应终止温度；DTG曲线上各峰的面积与TG曲线上对应的样品失重量成正比；当TG曲线对某些受热过程出现的台阶不明显时，利用DTG 曲线能明显的区分开来。
热重法的主要特点，是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。
根据这一特点，可以说，只要物质受热时发生质量的变化，都可以用热重法来研究。
图中给出可用热重法来检测的物理变化和化学变化过程。
我们可以看出，这些物理变化和化学变化都是存在着质量变化的，如升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等。
但象熔融、结晶和玻璃化转变之类的热行为，样品没有质量变化，热重分析方法就帮不上忙了。
2.差示扫描量热分析差示扫描量热法（DSC）是在等速升温（降温）的条件下，测量输入到试样与参比物的功率差（如以热的形式）随温度变化，简称DSC（differential scanning calorimetry）。
DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标。
热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)[研究知识]
![热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)[研究知识]](https://img.taocdn.com/s3/m/825ac1bfa8114431b90dd8f9.png)
行业倾力
3
热重分析法的处理
行业倾力
4
影响热重分析的因素
实验条件
❖ 样品盘的影响（惰性材料，铂或陶瓷）
❖ 挥发物冷凝的影响 ❖ 升温速率的影响（5 C/min或10 C/min ） ❖ 气氛的影响（动态气氛）
样品的影响
❖ 样品用量的影响 ❖ 样品的粒度
行业倾力
5
差示扫描量热法（DSC）
在程序控制温度下，测量输给物质与参比物的功率差与温度 的一种技术。示差扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC 曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热 流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温度（T）或时间 （t）。一般在DSC热谱图中，吸热(endothermic)效应用凸起 的峰值来表征 (热焓增加)，放热(exothermic)效应用反向的 峰值表征(热焓减少)。
其主要的影响因素大致有以下几方面： ✓1.实验条件：程序升温速率Φ，气氛 ✓2.试样特性：试样用量、粒度、装填情况、
试样的稀释等。
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实例
行业倾力
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热重分析（TG）和差示 扫描量热法（DSC）
行业倾力
1
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2
热重分析法（TGA）
热重分析（Thermogravimetry，简称TG）就 是在程序控制温度下测量获得物质的质量与 温度关系的一种技术。其特点是定量性强， 能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。 热重分析法包括静态法和动态法两种类型。
行业倾力
6
吸热
五大材料热性能分析方法（TG，TMA，DSC，DMA，DETA）
五大材料热性能分析方法（TG，TMA，DSC，DMA，DETA）以下为正文：热分析简介热分析的本质是温度分析。
热分析技术是在程序温度(指等速升温、等速降温、恒温或步级升温等)控制下测量物质的物理性质随温度变化，用于研究物质在某一特定温度时所发生的热学、力学、声学、光学、电学、磁学等物理参数的变化，即P = f(T)。
按一定规律设计温度变化，即程序控制温度：T = (t)，故其性质既是温度的函数也是时间的函数：P =f (T, t)。
材料热分析意义在表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛的应用，对于材料的研究开发和生产中的质量控制都具有很重要的实际意义。
热分析简史回顾常用热分析方法解读根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，常用的热分析方法包括热重分析法（TG）、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)等，它们分别是测量物质重量、热量、尺寸、模量和柔量、介电常数等参数对温度的函数。
(1)热重分析(TG)热重法(TG)是在程序温度控制下测量试样的质量随温度或时间变化的一种技术。
应用范围：(1)主要研究材料在惰性气体中、空气中、氧气中的热稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化；(2)研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣、吸附、吸收和解吸、气化速度和气化热、升华速度和升华热、有填料的聚合物或共混物的组成等。
原理详解：样品重量分数w对温度T或时间t作图得热重曲线(TG 曲线)：w = f (T or t)，因多为线性升温，T与t只差一个常数。
TG曲线对温度或时间的一阶导数dw/dT 或 dw/dt 称微分热重曲线(DTG曲线)。
图2中，B点Ti处的累积重量变化达到热天平检测下限，称为反应起始温度；C点Tf处已检测不出重量的变化，称为反应终了温度；Ti或Tf亦可用外推法确定，分为G点H点；亦可取失重达到某一预定值(5%、10%等)时的温度作为Ti。
常用热分析技术：差示扫描量热法(DSC)、差热分析(DTA)、热重分析(TAG)
常用热分析技术：差示扫描量热法（DSC）、差热分析（DTA）、热重分析（TAG）物质的物理状态和化学状态发生变化（如升华、氧化、聚合、固化、硫化、脱水、结晶、熔融、晶格改变或发生化学反应）时，往往伴随着热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）的变化，故可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质物理或化学变化的过程。
主要方法有：▪差热分析-DTA；▪差示扫描量热法-DSC；▪热重分析-TGA。
▪1. TG的基本原理TG：可调速的加热或冷却环境中，以被测物重量作为时间或温度的函数进行记录的方法。
DTG：微商热重曲线，热重曲线对时间或温度的一阶微商的方法获得的曲线。
2. 分析方法：升温法和恒温法升温法：样品在真空或其他任何气体中进行等速加温，样品将温度的升高发生物理变化和化学变化使原样品失重—动态法。
原理：在某特定的温度下，会发生重量的突变，以确定样品的特性。
恒温法：在恒温下，记录样品的重量变化作为时间的函数的方法。
3. 影响TGA数据的因素（1）气体的浮力和对流浮力的影响：样品周围的气体因温度的升高而膨胀，比重减小，则样品的TGA值增加。
对流的影响：对流的产生使得测量出现起伏。
（2）挥发物的再凝聚凝聚物的影响：物质分解产生的挥发物质可能凝聚在与称重皿相连而又较冷的部位上，影响失重的测定结果。
（3）样品与称量皿的反应反应的影响：某些物质在高温下会与称量皿发生化学反应而影响测定结果。
（4）升温速率的影响升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
（5）样品用量和粒度用量和粒度影响：样品用量大，挥发物不易逸出，影响曲线比那话的清晰度；样品细，反应会提前影响曲线低温移动。
（6）环境气氛环境气氛对热失重曲线的影响4. 热重分析的应用热重分析主要研究在空气或惰性气氛材料的热稳定性、热分解作用和氧化分解等物理化学变化；也广泛用于涉及质量变化的所有物理过程。
根据热失重曲线可获得材料热分解过程的活化能和反应级数：k = dm/dt= A·mn·e-E/RT；ln(dm/dt) = lnA + nlnm- E/RT；获得n和E的方法：a. 示差法；b. 不同升温速率法；ln(d m/d t) = lnA + n ln m- E/RT；ln k= 0时，有：E/RT0= lnA + n ln m；T0—反应速度的对数为零时的温度；1. DSC的工作原理差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、DSC等)介绍【实用参考】
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
2.1.2 样品的粒度和用量
样品的粒度不宜太
W
大、装填的紧密程度适
中为好。同批试验样品，
每一样品的粒度和装填
紧密程度要一致
小用量
大用量
温度
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
2.1.3 气氛
常用气氛为空气和N2，亦使用O2、He、 H2、CO2 、Cl2和水蒸气等。气氛不同反应 机理不同。气氛与样品发生反应，则TG曲 线形状受到影响
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
样品重量分数w对温度T或
时间t作图得热重曲线(TG
曲线)：
w
w = f (T or t)
起始 水分 可燃 烧物
因多为线性升温，T与dw/dT 或 dw/dt 称微分热
重曲线(DTG曲线)
气流速度40~50mL/min
400 600 800 1000 1200 温度(C)
如存在挥发物的再冷凝，
问题
应加大热天平室气氛的通
气量
将CO2 、真空、空气
高分子研究方法-热分析(TG、TMA三、 种气氛与曲线对应
DSC等)介绍
2.1.4 试样皿
➢ 试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等 ➢ 试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的 ➢ 聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样 皿，因相互间会形成挥发性碳化物 ➢ 白金试样皿不适宜作含磷、硫或卤素的聚合物的试 样皿，因白金对该类物质有加氢或脱氢活性 ➢ 在选择试样皿时试样皿的形状以浅盘为好，试验时 将试样薄薄地摊在其底部，以利于传热和生成物的扩散
增重 *
*
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
TG,DSC,TEM
一．热分析TG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。
TGA在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。
热重分析在实际的材料分析中经常与其他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。
基本原理是: 样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，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。
当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。
这时热重曲线就不是直线而是有所下降。
通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质。
许多物质在加热过程中会在某温度发生分解、脱水、氧化、还原和升华等物理化学变化而出现质量变化，发生质量变化的温度及质量变化百分数随着物质的结构及组成而异，因而可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程，如试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等。
热重分析通常可分为两类：静态法又称等温热重法，是在恒温下测定物质质量变化与温度的关系，通常把试样在各给定温度加热至恒重。
该法比较准确，常用来研究固相物质热分解的反应速度和测定反应速度常数。
动态法又称非等温热重法，是在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系，采用连续升温连续称重的方式。
该法简便，易于与其他热分析法组合在一起，实际中采用较多。
【微商热重分析（DTG）：TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。
以物质的质量变化速率（dm/dt）对温度T（或时间t）作图，即得DTG曲线。
】{ 变位法—重量与倾斜角度成正比。
零位法—重量与到达零位所需的磁力成正比。
}——半定量基本仪器：⒈试样支持器；⒉炉子；⒊测温热电偶；⒋传感器；⒌平衡锤；⒍阻尼和天平复位器；⒎热天平【天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分】；⒏阻尼信号DTA、DSC、TG等各种单功能的热分析仪若相互组装在一起，就可以变成多功能的综合热分析仪，如DTA－TG、DSC－TG、DTA－TMA（热机械分析）、DTA－TG－DTG（微商热重分析）组合在一起。
现代分析测试技术_07热分析技术综合练习
第七章热分析技术（红色的为选做，有下划线的为重点名词或术语或概念）1．名词、术语、概念：热分析，差热分析，差示扫描量热法，热重法（或热重分析），参比物（或基准物，中性体），程序控制温度，外推始点。
2．影响DTA（或DSC）曲线的主要因素有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。
3．影响TG曲线的主要因素有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。
4．金属铁粉在空气气氛中进行热重分析（TGA）和差热分析（DTA），其TGA曲线上会有增重台阶，DTA曲线上会出现放热峰。
这种说法（）。
A．正确；B．错误5．碳酸钙分解在DTA曲线上表现为放热峰。
这种说法（）。
A．正确；B．错误6．如果采用CO2气氛，DTA曲线上碳酸钙分解吸热峰的位置会向高温方向移动。
这种说法（）。
A．正确；B．错误7．物质脱水在DTA曲线上表现为吸热谷。
这种说法（）。
A．正确；B．错误8．升温速率对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误9．样品粒度对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误10．样品用量对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误11．炉内气氛对DTA曲线（或DSC曲线）可能有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误12．无论测试条件如何，同一样品的差热分析曲线都应是相同的。
这种说法（）。
A．正确；B．错误13．升温速率对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误14．样品粒度对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误15．样品用量对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误16．炉内气氛对TG曲线可能有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误17．无论测试条件如何，同一样品的TG曲线都应是相同的。
这种说法（）。
A．正确；B．错误18．同一样品在不同仪器上的热分析结果应该完全相同。
这种说法（）。
A．正确；B．错误19．差热分析（DTA）测量的物理量是（）。
影响dsc分析结果的主要原因
影响DSC分析结果的主要因素1. 样品量样品量少，样品的分辨率髙，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
另一方面，样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加，峰起始温度基本不变，但峰顶温度增加，峰结束温度也提高，因此如同类样品要相互比较差异，最好采用相同的量。
2. 升温速率通常升温速率范围在5～20度/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾，人们一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般，随着升温速率的增加，融化峰起始温度变化不大，而峰顶和峰结束温度提高，峰形变宽。
3. 气氛一般使用惰性气体，如氮气、氩气、氦气等，就不会产生氧化反应峰，同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定（如10ml/min），否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响，要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍，所以在做低温D SC用氦气作保护气时，冷却速度加快，测定时间缩短，但因为氦气热导率髙，使峰检测灵敏度降低，约是氮气的40％，因此在氦气中测定热量时，要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时，要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的D S C曲线，来解释一些氧化反应。
TG分析的主要影响因素一、仪器的影响1. 浮力的影响（1）热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。
（2）热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。
2. 坩埚的影响热分析用的坩埚(或称试样杯、试样皿)材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性，也不能有催化活性。
dsc曲线与tg曲线关系
dsc曲线与tg曲线关系DSC曲线与TG曲线关系热分析技术是一种通过对物质在不同温度下的物理和化学性质进行测量和分析的方法。
其中，差示扫描量热法（DSC）和热重分析法（TG）是最常用的两种热分析技术。
DSC曲线和TG曲线是热分析实验中最基本的曲线类型，它们之间存在着密切的关系。
一、DSC曲线DSC曲线是通过测量样品与参比物在加热或冷却过程中的热流量差异而得到的曲线。
在DSC曲线中，通常会出现峰值，这些峰值代表了样品在加热或冷却过程中发生的物理或化学变化。
例如，当样品发生固-固相变时，DSC曲线会出现一个峰值，这个峰值代表了相变的热效应。
二、TG曲线TG曲线是通过测量样品在加热或冷却过程中的质量变化而得到的曲线。
在TG曲线中，通常会出现质量损失的峰值，这些峰值代表了样品在加热或冷却过程中发生的物理或化学变化。
例如，当样品发生热分解时，TG曲线会出现一个质量损失的峰值，这个峰值代表了热分解的质量损失。
三、DSC曲线与TG曲线的关系DSC曲线和TG曲线之间存在着密切的关系。
在许多情况下，DSC曲线和TG曲线可以相互印证，从而更加准确地确定样品的物理和化学性质。
首先，DSC曲线和TG曲线都可以用来确定样品的热稳定性。
在DSC曲线中，样品的热稳定性可以通过峰值的位置和大小来确定。
在TG曲线中，样品的热稳定性可以通过质量损失的温度和速率来确定。
因此，通过比较DSC曲线和TG曲线，可以更加准确地确定样品的热稳定性。
其次，DSC曲线和TG曲线都可以用来确定样品的热分解机理。
在DSC曲线中，样品的热分解机理可以通过峰值的形状和位置来确定。
在TG曲线中，样品的热分解机理可以通过质量损失的速率和温度来确定。
因此，通过比较DSC曲线和TG曲线，可以更加准确地确定样品的热分解机理。
最后，DSC曲线和TG曲线还可以用来确定样品的热性质。
在DSC曲线中，样品的热性质可以通过峰值的位置和大小来确定。
在TG曲线中，样品的热性质可以通过质量损失的温度和速率来确定。
DSC与TMA测试TG结果对比
测定玻璃化转变温度是热分析常见的应用。
如同在前面的实例中已讨论的，物理性能诸如比热容、热膨胀系数和机械模量在玻璃化转变处发生变化。
鉴于DSC、TMA和DMA测试原理不同，产生了关于应该使用哪种技术和测得的玻璃化转变温度在何种程度上具有可比性的问题。
比较不同条件下测得的玻璃化转变温度会呈现几个开尔文度的差异。
实际上，理解这种差异的原因是非常重要的，特别当比较材料时，例如在质量保证中。
务必牢记的是，玻璃态不是热力学平衡态，向橡胶(或液态)的转变是一个松弛过程，因此是受动力学控制的。
由于这个原因，所以玻璃化转变并不象熔融那样出现在一个固定的温度，而是覆盖一个宽的温度范围。
然而，为了测得在数字上可比较的温度，已经开发出不同的计算程序和相应的测试方法。
这些只涉及一种技术，并不保证由DSC、TMA或DMA测定的玻璃化转变温度是相等的。
目的比较DSC、TMA和DMA三种不同测量技术测定的玻璃化转变，并讨论重要的因素。
样品固化的环氧树脂粉末。
条件测试曲线和计算已在前面的实例中描述和讨论过。
结果汇总于下。
解释由比热容、膨胀系数和剪切模量三个物理性能的测试曲线表KU600的玻璃化转变区。
曲线比较表明，它们呈现不同的温度依赖性，并且转变区域处于不同的温度。
由此可见，T g与测试技术(量热、体积测定、力学测量)、计算方法和样品的热历史有关。
因此，从测试曲线得到的玻璃化转变温度是不能直接比较的。
在玻璃化转变期问物理性能的变化很剧烈。
这能对测试技术的灵敏度作出评估。
在玻璃化转变时比热容变化约30％，膨胀系数可以增加多至300％，而模量变化高至3个数量级。
因此DSC对TMA或对DMA的灵敏度比为l比10或1比1000，即对玻璃化转变，DMA测试比DSC测试要灵敏约l000倍结论结果表明，可用所有不同的方法测试玻璃化转变。
然而，每种方法测得不同的玻璃化转变温度值。
因此，对于玻璃化转变温度不是只有一个“正确”值。
如果升温速率和样品预处理是相同的，则DSC和TMA提供相似的结果。
热分析-TG,DSC
准磁性物质。磁性物质的居里点是金
属从铁磁性向顺磁性相转变的温度，
0
在居里点产生表观失重。
Substance Ni-Al alloy Nickel (Ni) Permalloy(Fe-Ni) Iron Oxide (Fe2O3) Iron (Fe) Cobalt (Co)
A B
D
C
E
200 400
600 800 1000 温度(C)
1.2.1 热重法和微商热重法
（1）热重法：在程序控制温度下，测量物质的质量与 温度，或在恒温下测量物质的质量与时间关系的技 术。
W=f（T或t）
式中：W—物质质量；T—温度；t—时间
（2）微商热重法（DTG）：表示质量随时间的变化 率(dm/dt)与温度(或时间)的函数关系。
纵坐标—质量变化率dm/dt或dm/dT
聚乙烯热氧化诱导期（OIT） 聚乙烯在200℃稳定性氧
的测定曲线
化诱导期的试验
1.3.5 热分解动力学（Thermal Analysis Kinetics）
第一节 绪论 第二节热重法 第三节 差示扫描量热法 第四节 热分析联用技术 第五节 热机械分析 第六节 动态热机械分析
第一节 绪 论
• 1.1.1 热分析的定义 • 1.1.2 热分析的分类 • 1.1.3 热分析的起源 • 1.1.4 热分析的发展趋势
1.1.1 热分析的定义
• 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。
分失重量是各组分纯物质的失重乘以百分含量叠加的结果。
（3）聚合物的定性和定量鉴定
左：天然橡胶、丁苯橡胶和三元乙丙橡胶的TG曲线 右：天然橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶的DTG曲线 可据热裂解行为进行鉴别
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影响DSC分析结果的主要因素
1. 样品量
样品量少，样品的分辨率髙，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
另一方面，样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加，峰起始温度基本不变，但峰顶温度增加，峰结束温度也提高，因此如同类样品要相互比较差异，最好采用相同的量。
2. 升温速率
通常升温速率范围在5～20度/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾，一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般，随着升温速率的增加，融化峰起始温度变化不大，而峰顶和峰结束温度提高，峰形变宽。
3. 气氛
一般使用惰性气体，如氮气、氩气、氦气等，就不会产生氧化反应峰，同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定（如10ml/min），否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响，要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍，所以在做低温DSC用氦气作保护气时，冷却速度加快，测定时间缩短，但因为氦气热导率髙，使峰检测灵敏度降低，约是氮气的40％，因此在氦气中测定热量时，要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时，要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的DSC曲线，来解释一些氧化反应。
TG分析的主要影响因素『感谢tigerbeg提供』
一、仪器的影响
1. 浮力的影响
（1）热天平在热区中，其部件在升温过程中排开空气的重量在不断减小，即浮力在减小，也就是试样的表观增重。
（2）热天平试样周围气氛受热变轻会向上升，形成向上的热气流，作用在热天平上相当于减重，这叫对流影响。
2. 坩埚的影响
热分析用的坩埚(或称试样杯、试样皿)材质，要求对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性，也不能有催化活性。
坩埚的大小、重量和几何形状对热分析也有影响。
3. 挥发物再冷凝的影响
试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它部分再冷凝，这不但污染了仪器，而且还使测得的失重量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG 曲线变形，使测定不准，也不能重复。
为解决这个问题可适当向热天平通适量气体。
二、操作条件的影响
1. 升温速率的影响
这是对TG测定影响最大的因素。
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，对作动力学分析还要低一些。
2. 气氛的影响
热天平周围气氛的改变对TG曲线的影响也非常显著。
在流动气氛中进行TG测定时，流速大小、气氛纯度、进气温度等是否稳定，对TG曲线都有影响。
一般，气流速度大，对传热和逸出气体扩散都有利。
使热分解温度降低。
对于真空和高压热天平，气氛压力对TG也有很大影响。
3.试样用量、粒度和装填情况的影响
试样用量多时，要过较长时间内部才能达到分解温度。
试样粒度对TG曲线的影响与用量的影响相似，粒度越小，反应面积越大，反应更易进行，反应也越快，使TG曲线的Ti和Tf都低，反应区间也窄。
试样装填情况首先要求颗粒均匀，必要时要过筛。