三种热分析方法综合介绍.
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和热辐射三种热传递⽅式，此外还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越⾼，单位时间辐射的热量越多。
热传导和热对流都需要传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 瞬态热分析瞬态热分析⽤于计算⼀个系统的随时间变化的温度场及其他热参数。
在⼯程上⼀般⽤瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进⾏应⼒分析。
第三章 热分析法
9
热分析特点
一、应用的广泛性 从热分析文摘（ TAA ）近年的索引可以看出，热分 析广泛应用于无机、有机、高分子化合物、冶金与 地质、电器及电子用品、生物及医学、石油化工、 轻工等领域。 热分析与应用化学、材料科学、生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
10
热分析装置的利用领域
熱分析の木
•电子材料 •木材･纸 •建材 •公害 •工业废弃物
应用最广泛的方法是热重（ TG ）和差热分析
（DTA），其次是差示扫描量热法（DSC），这 三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应
用的75％以上。
12
热 分 析
加热 热量变化 重量变化 长度变化 物 质 粘弹性变化 DTA TG DSC DTG
TMA 热机械分析
DMA 动态机械分析
气体发生
冷却 热传导
⑦ 峰顶温度（ Tp ）：吸、放热峰的峰形顶部的温 度，该点瞬间 d（ΔT）/dt=0； 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； ⑩ 外推起始点：是指峰的起始边钭率最大处所作 切线与外推基线的交点，其对应的温度称为外推起 始温度（Teo）；根据ICTA共同试样的测定结果， 以外推起始温度（ Teo ）最为接近热力学平衡温度。
2） 图表法 3） 单矿物标准法 4） 面积比法
第一节 热分析的定义及发展概况
热分析，thermal analysis：顾名思义，可以解释为以热进 行分析的一种方法。 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA）第七次 会议上，给热分析下了如下定义：即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。
1
热分析的数学表达式为：P＝f（T）
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、DSC等)介绍
1964 年，美国人在 DTA 技术的基础上发明了示差扫描量热法 (DSC), Perkin-Elmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪
第二章 热重分析 (Thermogravimetric Analysis)
监测样品重量随温度的变化
加热条件或为恒定速度升温或等温
定量的本质使其成为强有力的分析手段
1000 1100
温度 (C )
2.1.2 样品的粒度和用量
样品的粒度不宜太
W 大用量
小用量
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
温度
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
TG DTG
-2
真空气氛
Vacuum 0.01 mbar
247.4C
–31.4%
-3 -4 453.1C 800 900 -5
50
40 30 50 100 200 300 400 500 600 700 Temperature/ C
丁苯橡胶，10K/min
聚苯醚填充体系组成测定
W
CH3 O－ CH3
N2/O2 600C TG/% 100 TG DTG 630.6C –98.1%
DTG/%/min 10 0 -10 -20 -30 -40 -50
80
60
40
20
0 200 300 400
497.3C 500 600
–1.9%
-60 -70
700
800
Temperature/ C
热分析实验指导
实验六 热分析实验一、目的与要求1.了解热重分析的仪器装置及实验技术。
2.了解差热分析的仪器装置及实验技术。
3熟悉综合热分析的特点，掌握综合热曲线的分析方法。
4.测绘矿物的热重曲线和差热分析曲线，解释曲线变化的原因。
二、原理1 热重分析的仪器结构与分析方法热重分析法是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种实验技术。
热重分析通常有静态法和动态法两种类型。
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。
热重分析仪的基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。
如图1所示：加热炉由温控加热单元按给定速度升温，并由温度读数表记录温度，炉中试样质量变化可由天平记录。
由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线称热重曲线（TG 曲线）。
曲线的纵坐标为质量，横坐标为温度。
例如固体热分解反应A （固）→B （固）＋C （气）的典型热重曲线如图2所示。
图2 固体热分解反应的热重曲线图中T i 为起始温度，即累计质量变化达到热天平可以检测时的温度。
T f 为终止温度，即图1 热重分析仪原理累计质量变化达到最大值时的温度。
热重曲线上质量基本不变的部分称为基线或平台，如图2中ab 、cd 部分。
若试样初始质量为W 0，失重后试样质量为W 1，则失重百分数为（W 0－W 1）/W 0×100%。
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。
燃料的热值计算方法及其教案
燃料的热值计算方法及其教案燃料的热值是指每单位质量的燃在完全燃烧时所放出的热量，是评价燃料燃烧能力的重要指标之一。
热值的大小直接影响着燃料的价值，并可作为确定燃料能源释放量的重要参数。
燃料的热值计算方法主要有物理方法、化学方法和综合计算法，本文将从这三个方面详细介绍。
一、物理方法物理方法又叫热物理方法，是利用物理规律直接测定热值的方法。
主要基于热量平衡法和温度平衡法两个原理，来进行燃料热值计算。
1、热量平衡法热量平衡法又称为热量测量法，是一种简单而常用的测定燃料热值的方法，适用于液态和固态燃料。
其基本原理是，将一定重量的燃料在定容的可能进行完全燃烧，将得到的热量与所需的燃料质量相比，并按比例计算出每克或每千克燃料放出的热量。
热量平衡法的计算公式为：Q=K×m其中，Q为燃烧所产生的热量，单位为卡/克或千焦/千克；K为燃料的热值，单位为卡/克或千焦/千克；m为燃料的质量，单位为克或千克。
可见，该计算方法的关键在于K值的准确性。
2、温度平衡法温度平衡法是利用燃料燃烧时放出的热量将水进行加热降温的方法，然后通过测量水温变化量，计算出热量的方法。
这种方法比较适用于气体燃料，例如天然气、液化气等。
温度平衡法的计算公式为：Q = (t2 - t1) × m × Cp其中，Q为燃烧所产生的热量，单位为卡或千焦；t2和t1分别为水的末温和初温，单位为摄氏度；m为水的质量，单位为克或千克；Cp为水的比热容，单位为卡/(克·摄氏度)或千焦/(千克·摄氏度)。
温度平衡法的关键是要保证测量过程中水的温度完全稳定，以确保计算准确。
二、化学方法化学方法又称燃烧分析法，是通过测量燃料完全燃烧时所产生的化学反应的热量来计算燃料热值的方法，作为准确性比较高的燃料热值计算方法之一。
化学方法可以分为直接法和间接法两种。
1、直接法直接法是将一定量的燃料与氧气在特定条件下进行完全燃烧，利用稳定的燃料热值标准样品，同时燃料热值计算出该燃料的热值。
三种热分析的原理和应用
三种热分析的原理和应用1. 简介热分析是一种通过在物质受到加热或冷却时测量其物理或化学性质的方法。
它广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
本文将介绍三种常见的热分析方法，包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和热膨胀分析法（TMA）的原理和应用。
2. 差示扫描量热法（DSC）DSC是一种用于测量样品在加热或冷却过程中吸收或释放的热量的技术。
它基于样品和参比物之间的温度差异，并通过测量加热元件输入的功率来确定样品的热量变化。
2.1 原理DSC基于以下原理：样品和参比物在相同的温度下进行加热，测量其温度差异。
当样品发生物理或化学变化时，会吸收或释放热量，导致样品和参比物的温度发生差异。
通过将样品的热量变化（△H）与温度的变化关联起来，可以获得样品的热性质。
2.2 应用DSC广泛用于材料科学、化学和生物学领域。
以下是一些常见的DSC应用：•相变研究：DSC可用于研究材料的相变过程，如熔化、结晶和玻璃化等。
•反应动力学研究：DSC可以用来研究化学反应的速率和能量变化。
•聚合物分析：DSC可以用来研究聚合物的热性质，如熔点、结晶度和热稳定性等。
3. 热重分析法（TGA）TGA是一种测量样品在加热过程中质量变化的技术。
它可以通过测量样品的质量损失或增加来确定样品的热性质。
3.1 原理TGA基于以下原理：样品在不同温度下被加热，当样品发生物理或化学变化时，会导致样品质量的减少或增加。
通过测量样品质量的变化，可以获得样品的热性质。
3.2 应用TGA在材料科学、化学和生物学等领域有广泛的应用。
以下是一些常见的TGA 应用：•分析样品的组成：TGA可以用于分析复杂样品的组成，如药物、塑料和涂料等。
•分解分析：TGA可以用于研究材料的分解过程，如热分解和氧化分解等。
•热稳定性研究：TGA可以用于评估材料的热稳定性，如聚合物的热分解温度和氧化稳定性等。
4. 热膨胀分析法（TMA）TMA是一种测量材料在加热或冷却过程中长度或体积变化的技术。
现代分析测试技术-热分析技术
测量和分析材料在温度变化过程中的物理变化（晶型转变、相态变化和吸附 等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。
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5、分类
9类17种
国 际 (ICTA) 热 分 析 协 会 确 认 的 热 分 析 技 术
热分析的四 大支柱
55
最常用的三种热分析法
1 热重分析法 TG （Thermo-gravimetry) （微商热重分析法 DTG （Derivative Thermogravimetry ) 2 差热分析法 DTA (Differential Thermal Analysis) 3 示差扫描量热分析法 DSC
曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1； 曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6 mg，求得质量损失率：
18
曲线EF段也是一平台，相应质量为m2； 曲线FG 为第三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阶，质量损失为0.8 mg，可 求得质量损失率
可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
19
验证： 根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。计算结果表明第一次理论质 量损失率为
参比物应是惰性材料，即在测定的温度范围内，不产生任何热效应（放热、吸热） 的材料，如：α－A12O3、α－石英、硅油等。
22 22
T
3 DTA曲线
向下表示吸热过程 向上表示放热过程
+A
0
纵坐标：温差(T)
-
横坐标：温度T(或时间t)
差热仪炉子供给的热流为Q
试样无热效应时： QS
QR
试样吸热效应时：(Q－g)S QR
99
10
4. 热重分析曲线 ➢ TG曲线：
一次微分
➢ DTG曲线：
热分析技术
cp acp cp a cp c
式中a、c分别代表非晶和结晶
从熔融热焓法得到的结晶度定义为
c
HaH Ha Hc
热重（TG）
在程序控温下测量试样质量对温度 的变化。
TG仪器
热重分析仪的基本部件是热天平。根据结 构的不同，热天平可分为水平型、托盘型 和吊盘型三种。
TG谱图
热失重曲线通常包含几个 部分： （1）第一阶段，小量的初 始失重，来源于溶剂的脱 附（如果它出现100o左右， 则可能为水）； （2）第二阶段，有时还有 第三阶段，通常是试样分 解的结果。 如果记录的是质量变化率 对温度的关系，所得到的 图谱是质量变化的一阶导 数，这种图谱称为微分热 重（DTG）图谱。
TA Instruments的DMA夹具
DMA测试模式
DMA的测试模式有应力或应变振幅扫描、 频率扫描、温度斜坡、时间扫描、蠕变和 应力松弛等。
应力或应变振幅扫描
振幅扫描就是在测试过程中固定温度和频 率，逐步增加应力或应变的振幅，记录动 态模量对振幅的变化。振幅扫描的主要目 的在于获取材料的线性黏弹区。
Viscoelastic Responses (t)
(t) Time
Strain & Stress Strain & Stress Strain & Stress
DMA测量中的数学处理
对材料施加一个正弦形变刺激
(t) 0 s itn
其中式中 0 为振幅， 为频率
如果该振幅位于材料的线性黏弹区内，那 么响应的应力也是正弦的，以写为
TMA仪器
TMA仪主要由环境炉、热热电偶、夹具、 位移测量器和线性电机组成。 典型的TMA结构示意图如下图所示。
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热重
三种热重方法分析物质热学性能一.实验目的（1）掌握差热分析法和热重法的基本原理和分析方法，了解差热分析仪，热重分析仪，差热热重联用仪的基本结构，熟练掌握仪器操作。
（2）运用分析软件对测得数据进行分析，研究CuSO4•5H20的脱水过程。
（3）了解差示扫描量热法的基本原理和差示扫描量热仪的基本结构，熟练掌握仪器操作。
二.实验原理1.差热分析法（DTA）物质在受热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往回发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着焓的改变，因而产生热效应，其表现为体系与环境（样品与参比物）之间有温度差。
差热分析是在程序控温下测量样品和参比物的温度差与温度（或时间）相互关系。
在加热（或冷却）过程中，因物理-化学变化而产生吸热或者放热效应的物质，均可运用差热分析法进行鉴定。
2.热重法（TG）物质受热时，发生化学反应，质量也随之改变，测定物质质量的变化就可研究其过程。
热重法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。
热重法的主要特点是定量强，能准确地测量物质的变化及变化的速率。
从热重法派生出微商热重法（DTG），即TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。
DTG曲线能精确地反映出起始反应温度，达到最大反应速率的温度和反应终止温度。
在TG曲线上，对应于整个变化过程中各阶段的变化互相衔接而不易分开，同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，故DTG能很好地显示出重叠反应，区分各个反应阶段，而且DTG曲线峰的面积精确地对应着变化了的质量，因而DTG能精确地进行定量分析。
现在发展起来的差热-热重（DTA-TG）联用仪，是将DTA与TG的样品室相连，在同样气氛中，控制同样的升温速率进行测试，同时得到DTA和TG曲线，从而一次测试得到更多的信息，对照进行研究。
3.差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。
热分析方法
热分析方法热分析是科研表征中常见的手段。
所谓热分析，指通过控制样品温度的改变，来分析其相应物理化学性质的改变。
今天我们就只讲最为常见的热分析手段有三种热重分析（TG）、差热分析（DTA）和差示扫描量热法（DSC）。
首先我们来看怎么正确选择热分析的方法。
1、热分析方法的选择三种热分析方法各有所长，可以单独使用、也可以联合使用。
具体如何选择，我们首先从定义出发，了解这些表征手段。
TG：在程序控温下，测量样品的质量（m）随温度的变化。
如果你需要知道，样品在升温或者降温过程中，样品质量的变化（比如吸附、脱附、分解等），请选择TG。
比如工业催化剂中常会有积碳现象，通过TG表征可以确定积碳量。
DTA：在程序控制温度下，测量参比物和样品温差（△T）随温度（T）的变化。
DTA与TG的区别在于测量值从质量变为温差。
之所选择测试温差，是因为升温过程中发生的很多物理化学变化（比如融化、相变、结晶等）并不产生质量的变化，而是表现为热量的释放或吸收，从而导致样品与参比物之间产生温差。
DTA 能够发现样品的熔点、晶型转变温度、玻璃化温度等等信息。
DSC: 在程序控制温度下，测量给于参比物和给予样品的能量之差（△Q）随温度（T）的变化。
在整个测试过程中，样品和参比物温差控制在极小的范围内。
当样品发生物理或者化学变化时，控温装置将输入一定功率能量，以保持温度平衡。
可以简单的将DSC看成是DTA的升级版。
DSC也确实是从DTA发展而来。
传统的DTA仪器因为样品池材质的关系，只能测温差，无法准备测量热和焓的变化。
后期通过改变材质和结构，使得从温差转变为能量差成为可能（热流型）。
最后又出现一种直接测量输入热量差的DSC(功率补偿型)。
DSC的优点在于灵敏度高、可以定量测量焓、比热容等物理量。
2. 数据如何分析？TG：典型的TG图如下图1所示：其中最重要的信息是失重的温度点和失重的比例。
根据你所测试材料的性质和这些温度点、失重比例，可以推测所发生的物理化学变化。
聚合物检测方法
聚合物检测方法聚合物是由重复单元组成的高分子化合物，应用广泛于塑料制品、橡胶制品、纺织品、化妆品等领域。
随着聚合物制品的不断增多和应用领域的不断拓展，对聚合物的检测方法也提出了更高的要求。
本文将从传统的物理检测方法到现代的化学和生物技术检测方法进行综合介绍，以期为聚合物检测领域的科研和实践工作者提供一些参考和借鉴。
一、传统的物理检测方法1. 热分析法热分析法是通过测量聚合物在一定温度范围内的热学性质来判断其性能的一种方法。
其中包括差热分析法（DSC）、热重分析法（TGA）等。
通过观察聚合物在升温或降温过程中的吸热、放热，以及失重情况，可以初步判断其组成和性质。
2. 拉伸实验拉伸实验是一种简单直观的物理检测方法，通过对聚合物样品在一定温度下的拉伸过程进行观察，获得相关的拉伸特性参数。
这种方法适用于常见的塑料和橡胶制品，可以直接反映材料的物理性能。
二、化学分析方法1. 光谱分析紫外-可见光谱（UV-Vis）、红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（HNMR）等光谱分析方法可用于聚合物材料的结构表征和成分分析。
通过检测聚合物在特定波长下的吸收、发射或散射情况，可以分析其分子链结构和可能的功能团。
2. 质谱分析质谱分析是一种高灵敏度的化学分析方法，适用于聚合物样品中微量成分的检测。
通过检测聚合物样品中分子离子的质荷比，可以确定其相对分子质量、分子结构和可能的附加元素。
三、生物技术检测方法1. 核酸检测法聚合物中常常携带有一定的核酸成分，利用聚合酶链式反应（PCR）等核酸检测技术可以对聚合物样品中的核酸成分进行扩增和鉴定。
这种方法对于化妆品等含有生物成分的聚合物制品有着重要的应用价值。
2. 生物传感器检测法生物传感器是一种利用生物材料（如酶、抗体）和传感器结合的检测技术。
通过将特定的生物材料与聚合物样品接触，观察其生物传感反应产生的信号变化，可以实现对聚合物样品中特定成分的快速检测和定量分析。
随着科学技术的发展，聚合物检测方法也在不断创新和完善。
热分析的原理
热分析的原理
热分析是一种重要的热物性测试方法，用于研究物质在加热过程中的物化性质变化。
其原理基于物质在加热时对吸热或放热的反应，通过测定样品在加热或冷却过程中所产生的热量变化，可以推断出样品的热稳定性、相变特性、热储存能力等相关信息。
热分析实验常用的方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、动态热力学分析法（DTA）等。
这些方法在
原理上有所不同，但都是基于热量的变化进行分析。
在差示扫描量热法中，样品和对比样品（通常为惰性材料或纯金属）一同加热或冷却。
通过比较样品和对比样品之间的温度差异，可以计算出样品的吸热或放热量。
这种方法可以用于研究样品熔化、分解、相变等过程的特性。
热重分析法是通过测量样品在加热过程中的质量变化来得到有关信息的。
样品在加热时会经历失重或得重的过程，通过比较样品和空白容器的质量变化，可以推断出样品的热失重或热增重特性。
这种方法常用于研究样品的分解、氧化、脱水等过程。
动态热力学分析法是通过测量样品和参比样品之间的温差来得到有关信息的。
样品和参比样品一同加热或冷却，通过比较它们之间的温度差异，可以推断出样品的物理或化学变化。
这种方法常用于研究样品的相变、晶体结构变化、热化学反应等过程。
总之，热分析方法通过测量样品在加热过程中的热量变化来推断出其热物性特征。
它在材料科学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用，对于理解和改进物质的热性质具有重要意义。
做热重分析的方法3则
做热重分析的方法3则以下是网友分享的关于做热重分析的方法的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
热重分析仪方法（一）热重分析仪方法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，（如CuSO45H2O中的结晶水）。
从热重曲线上我们就可以知道CuSO45H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。
通过TGA 实验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。
热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。
热重法试验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线)，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。
热重分析仪的工作原理热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。
最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。
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，即所谓零位法。
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。
影响热重分析的因素试样量和试样皿热重法测定，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0．1μg)，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。
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，即不能有反应活性和催化活性。
热分析
污泥在氮气和氧气气氛下的热重曲线比较
TG /% 100
90
80
70
60
50
200
400
600
800
温度 /℃
[21] [16]
1000
五、热重分析的应用
（一）TG法研究热稳定性 从TG曲线可以明显看出失重最剧烈的温度。即可
由此对比热稳定性，这种方法只要严格控制好实验条 件，使其在相同的实验条件下进行，就可以获得比较 可靠的结果。
图106出示了五种高聚物的TG曲线，可以看出杂环 结构的聚酰亚胺稳定性最高，而以氟原子代替聚烯烃 链上的H原子也大大增加了热稳定性。但在高聚物链中 存在氯原子将形成弱键，致使聚氯乙烯热稳定性最差。
实际上，在解释非等温热重曲线时关于高聚物热稳定 的临界温度的标准并不统一，至今所采用的标准有下列 几种：拐点温度、起始失重温度、最大失重速率温度、 积分分解温度，予定的失重百分数温度、外推起始温度 和外推终止温度等等。由于篇幅所限，这些确定临界温 度的方法就不介绍了，可以参阅有关书籍。
变位法（根据天平横梁的倾斜度或弹簧的伸长与质量的比例关系，
用差动变压器等检测横梁的倾斜度或弹簧的伸长来称量物质的质量。）
零位法（采用差动变压器、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。 由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，该力又与线圈中的电流成比 例，因此只需测量电流的变化，便可得到质量变化的曲线。）
k Aexp(E / RT)
（48）
此式即阿累尼斯公式。式中：A为频率因子（一般可
视为常数）；E为活化能；R为气体常数。
由式（48）可见，反应速度常数与温度的倒数呈指
热分析技术
关于热分析技术的若干问题解释（1）热分析技术的分类热分析按大类来分大致分为差热（DSC）、热重（TG）与热机械分析（DMA）三大类。
差热分析（DSC、DTA）测量材料在线性升降温或恒温条件下由于物理变化（相变、熔融、结晶等）或化学反应（氧化、分解、脱水等）而导致的热焓变化（吸热过程、放热过程）或比热变化。
热重分析（TGA）则是测量上述过程中材料发生的重量变化。
若与差热分析联用则称为同步热分析（SDT）。
热机械法包括热机械分析(TMA)与动态热机械分析(DMA)，测量材料的膨胀、刚性、阻尼等机械特性与温度、负载和时间的函数关系。
德国耐驰仪器公司另提供专用的热膨胀仪，测量材料在热处理过程中的膨胀或收缩情况，研究软化温度、烧结过程等。
DSC 是测量样品在程序温度过程中的热效应（吸热／放热／比热变化），以此推断材料相关的物理结构／化学变化，如熔融、结晶、玻璃化转变、相变、液晶转变、固化、氧化、分解等，并可测量比热、计算结晶度、探讨氧化稳定性、研究高分子材料共混性能、进行纯度的计算与反应动力学的研究。
DMA 是测量样品在程序温度过程中，在一定频率的交变力的作用下的应变行为，测量其储能模量、损耗模量和损耗因子等参数随温度、时间与力的频率的函数关系。
由此可以得到材料的粘弹谱（粘弹性能随温度与频率的变化关系），推断材料的内在结构转变如玻璃化转变、二级相变、链段松弛、蠕变等过程。
动态机械热分析（DMA）一般有哪几种测量模式DMA主要有弯曲模式(三点，单、双悬臂)，拉伸模式(纤维、薄膜)，压缩模式，剪切模式，TMA模式，渗透(针入)模德国NETZSCH动态热机械分析仪提供三点弯曲、单／双悬臂、压缩、针入、拉伸、剪切、蠕变与TMA操作模式，并根据需求定做特殊形变模式。
温度范围-170...600C，样品最大60×12×6mm,模量范围0.001...1000000MPa，频率范围0.01...100HZ，应力最大16N，tgδ范围0.00006...10。
综合热分析
综合热分析仪，小坩埚，粉磨级，筛网 四． 实验步骤 （一） 样品的制备
将制备好的玻璃块放入粉磨机粉磨一定时间后取出，通过筛网，得到粒径小于 50 目的 玻璃粉末。 （二） 样品的测定 1. 检查冷却水系统安全。 2. 打开炉体盖，检查炉体内部无异物。 3. 打开电源总开关，打开综合热分析仪开关，启动电脑，插上电子狗，打开电脑桌面身上
“ZH 综合热分析仪分析系统”。 4. 将两个干净的空坩埚分别置于炉体内两个支架上，点击软件页面上“清零”，TG 示数为
“0”。 5. 将炉体内左边支架上的坩埚取出，装入待测试样后，在放入炉内左边支架上。、 6. 打开程序的“应用参数”界面→填写“样品名”、“样品重量”→测试方式为“人工干预
测试”→点击“删除温度程序”→点击“添加温度程序”，设置起始温度、终止温度、 升温速率→点击“下传温度程序” →回到程序的“曲线”界面，点击右侧的“升温” →马上点击“开始测量”。 7. 在达到测试目标温度时，点击“停止测试”→点击“停止温度控制”。 8. 点击“文件”→点击“另存为 EXCEL 文件”，使用 U 盘拷贝数据。 9. 仪器降温至 40℃以下，取出样品→关闭仪器→关闭电脑→关闭总电源→登记所做实验样 品内容、数量、仪器运行情况是否正常，签名。 五．实验结果与分析 根据实验所得到的数据绘制温度、DSC 对于时间的曲线，如图 1 所示，可见，程序控制的度 较好，因此实验数据具有可靠性。
六．思考与讨论 1. DTA 和 DSC 的原理和区别？
差热分析（DTA）是在程序控制温度下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的 一种热分析方法。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 和参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法，两种方法的物理含义不同，DTA 仅可 以测试相变温度等温度特征点，DSC 不仅可以控制相变温度点，而且可以测相变时的热 量变化。DTA 曲线上的放热峰和吸热峰无确定的物理含义，而 DSC 曲线上的放热峰和吸 热峰分别放出热量和吸收热量。 2. DSC 的影响因素有哪些？ 它的影响因素主要分为实验条件的影响和试样性质的影响，实验条件包括升温速率和所 通的气氛，试样性质包括试样量、试样粒度和试样的厚度。
综合热分析实验报告
一、实验目的1. 理解和掌握热分析的基本原理和方法。
2. 通过实验，学会使用热分析仪器，如热重分析仪（TG）、差热分析仪（DSC）等。
3. 通过对样品的热性质进行分析，探究样品的热稳定性、组成、结构等特征。
二、实验原理热分析是一种研究物质在温度变化过程中物理、化学性质变化的技术。
主要方法包括热重分析（TG）、差热分析（DSC）、热膨胀法、热机械法等。
本实验主要采用热重分析和差热分析。
1. 热重分析（TG）：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系。
通过TG曲线，可以了解物质的热稳定性、分解温度、相变温度等。
2. 差热分析（DSC）：测量物质在程序控制温度下，与参照物之间的热量变化。
通过DSC曲线，可以了解物质的相变温度、热容、热稳定性等。
三、实验器材1. 热重分析仪（TG）2. 差热分析仪（DSC）3. 电子天平4. 真空泵5. 针筒6. 样品皿7. 玻璃棒8. 铝箔9. 纸张四、实验步骤1. 样品制备：将待测样品研磨成粉末，过筛后备用。
2. 热重分析（TG）- 将样品放入样品皿中，用电子天平称量质量。
- 将样品皿放入TG分析仪中，设置程序控制温度和升温速率。
- 启动仪器，记录样品质量随温度变化的数据。
3. 差热分析（DSC）- 将样品放入样品皿中，用电子天平称量质量。
- 将样品皿放入DSC分析仪中，设置程序控制温度和升温速率。
- 启动仪器，记录样品与参照物之间的热量变化数据。
4. 数据处理：对TG和DSC数据进行处理，绘制曲线，分析样品的热性质。
五、实验结果与分析1. 热重分析（TG）- 通过TG曲线，可以观察到样品在加热过程中质量的变化。
根据质量变化，可以确定样品的分解温度、相变温度等。
2. 差热分析（DSC）- 通过DSC曲线，可以观察到样品在加热过程中与参照物之间的热量变化。
根据热量变化，可以确定样品的相变温度、热容等。
六、实验结论1. 通过本实验，掌握了热分析的基本原理和方法。
热分析-TG,DSC
• 后来法国人也研制了热天平技术。
• 在第二次世界大战前，第三种热分析方法热膨胀 仪出现了。
• 1964年美国瓦特逊（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P－E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。
•聚合物中常用的添加增塑剂，其用量和品种不同， 对材料作用效果不同。
•发泡剂的性能和用量直接影响泡沫材料的性能和制 造工艺条件。
在N2气流中以100℃/min的升温速率将低密度聚乙烯泡沫塑 料加热至180 ℃ ，使发泡剂开始分解，然后以5 ℃的升温速 率从180 ℃缓慢加热至210 ℃ ，以确保发泡剂在聚乙烯降解 前从样品中挥发。样品1和2中发泡剂的含量分别为5.5%和 14.25%。
直接分解成单体 先从侧链脱掉低分子，然后主链破坏，炭化 分解破坏为分子碎片
质量下降
• PMMA、PTFE—几乎全部分解为单体，解聚； • LDPE—分解为含5-7个碳原子的片段，无规裂解。
（2）研究高分子材料的共聚物和共混物
苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物的热稳定性
• 共混物的TG曲线
共混物的TG曲线中，各组分的失重温度没有太大变化，各 组
放射气热分析
Emanation thermal analysis
热粒子分析
Thermoparticulate analysis
备注
测定物质的质量与温度 的关系
测定在恒定挥发物分压 下的平衡质量与温度的 关系
测定逸出的挥发物热导 性与温度的关系
聚氯乙烯（PVC）的热分析
聚氯乙烯（PVC ）的热分析原则上，聚氯乙烯样品的三种重要性能可用热分析方法来研究。
这三种性能是：•热稳定性•玻璃化温度和形态•凝胶度实践中使用两种热分析方法：热重分析（TGA ）和差示扫描量热分析（DSC ）一、 热重分析（TGA ）热重分析测量样品随温度变化而变化的重量（通常是线性升温速率），有时也测量恒定温度下重量随时间的变化。
通常以相对于样品起始重量的百分比为单位表示（%）。
TGA 对应于时间或温度的一阶导数即DTG 曲线上可以看出，热降解分两步进行：第一步，脱氯化氢，即发生在378°C 前的氯化氢的挥发。
这一步失重为52%。
通常增塑剂或其他添加剂也同时蒸发。
剩余的聚合物在第二步继续降解，直到600°C ，总失重率为78%。
脱氧化氢开始的温度被当作聚氯乙烯热稳定性的度量，它取决于含有添加剂的PVC 的稳定程度，也取决于可能发生的预降解。
在本例中，在DTG 曲线上可观察到“起始值”为254°C 。
热失重测试提供的失重数据完全是非特征性的，对于降解物质的性质不能提供任何信息。
这类信息只有当TGA 仪器通过适当的界面与能够分析气体的设备相联时才能获得。
这种设备可以是带有气体单元的红外光谱仪或质谱仪。
另外一个较低成本的检测方法是用液体吸收分解的气体，然后使用滴定技术。
图1：PVC 降解的TGA 和DTG曲线二、 差示扫描量热分析（DSC）差示扫描量热分析测量样品随温度变化（加热或冷却）而变化的样品与其周边环境的热流，即样品吸收或放出的热量。
加热过程中发生的物理或化学变化伴随着能量的失去或获得，或样品比热的变化。
而这样的变化在测试曲线上显示为峰或台阶。
峰的积分（峰面积）得到转化能或反应热。
图2为同一聚氯乙烯窗框在氮气气氛（70ml/min）中以10°C/min为升温速率测试的DSC 曲线。
四个连续的效应是明显的：•带有松弛峰的玻璃化转变。
这取决于样品的热历史。
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三种热分析方法综合介绍
热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化关系的一类技术。
该技术包括三个方面的内容：其一，物质要承受程序控温的作用，通常指以一定的速率升（降）温。
其二，要选定用来测定的一种物理量，它可以是热学的、力学的、声学的、光学的以及电学的和磁学的等。
其三，测量物理量随温度的变化关系。
物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法跟踪这种变化。
表1中列出根据所测物理性质对热分析方法的分类。
其中以差热分析（DTA）和热重分析（TG）的历史最长，使用也最广泛；微分热重分析（DTG）和差示扫描置热法（DSC）近年来也得到较迅速地发展。
下面简单介绍DTA、TG和DSC的基本原理和技术。
表1热分析方法的分类
（一）差热分析（DTA）
差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中，样品温度的变化是由于相变或反应的吸热或放热效应引起的。
一般说来，相变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
图1为差热分析装置示意图，典型的DTA装置由温度程序控制单元、差热放大单元和记录单元组成。
将试样S和参比物R一同放在加热电炉中进行程序升温，试样在受热过程中所发生的物理化学变化往往会伴随着焓的改变，从而使它与热惰性的参比物之间形成一定的温度差。
差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号经差热放大后在记录单元绘出差热分析曲线。
从曲线的位置、形状、大小可得到有关热力学和热动力学方面的信息。
在理想条件下，差热分析曲线如图图2所示。
图中的纵坐标表示试样和参
比物之间的温度差；横坐标表示温度T、或升温过程的时间t。
如果参比物的热容和被测试样的热容大致相同，而试样又无热效应时，两者的温度差非常微小，此时得到的是一条平滑的基线AB。
随者温度的上升，试样发生了变化，产生了热效应，在差热分析曲线上就出现一个峰如图2中的BCD和EFG。
热效应越大，峰的面积也就越大。
在差热分析中通常规定, 峰顶向上的峰为放热峰，它表示试样的温度高于参比物的温度。
相反峰顶向下的峰为吸热峰则表示试样的温度低于参比物的温度。
图1差热分析装置示意图图2 理想的差热分析
曲线
差热分析的实验条件、操作因素对实验结果有很大的影响。
为便于比较，在谱图上都要标明实验操作条件。
实验条件的确定通常可从以下几方面加以考虑：
（1）升温速率。
升温速率对实验结果的影响比较明显。
一般控制在2～20℃·min-1，常用5℃·min-1。
升温过快，基线漂移明显，峰的分辨率较差，同时峰顶温度会向高温方向偏移。
（2）参比物。
要得到平稳的基线应尽可能选择与试样的热容、导热系数、粒
度等性质比较相近的热惰性物质作为参比物。
常用的参比物有、煅烧过的MgO和SiO2等。
（3）气氛和压力某些样品或其热分解产物可能与周围的气体进行反应，因此应根据需要选择适当的气氛。
另一方面,对于释放或吸收气体的反应、出峰的温度和形状还会受到气体压力的影响。
（4）样品的预处理及用量一般非金屑固体样品均应经过研磨。
试样和参比物的装填情况应基本一致。
样品用量不宜过多, 这样可以得到较尖锐的峰同时将提高其分辨率。
由于各种条件的影响，实际得到的差热分析曲线比理想曲线要复杂些。
图3是一个典型的差热分析曲线。
图中T ini为基线开始偏离基线的温度，也就是仪器检测到反应开始进行的温度，它与仪器灵敏度密切相关。
仪器的灵敏度高，测得的就低些。
许多物质的差热曲线开始偏离基线的速度是很慢的，因而要精确确定T ini有着一定困难。
T p称峰顶温度，它表示试样和参比物之间的温差最大，但这并不意味着反应的终结。
T p受实验条件的影响较大，因此不能作为鉴定物质的特征温度。
国际热分析会议决定，用外延起始温度T e作为反应的起始温度，并可用以表征某一特定物质。
这是因为T e受实验条件的影响较小，同时它与其他方法求得的反应起始温度也较一致。
图3 实际测得的差热分析曲线
（二）热重分析法（TG）
综合热分析仪能够同时进行热重分析、差热分析、微分热重分析并测定温度和时间的关系。
热重分析是研究试样在恒温或等速升温时其质量随时间或温度变化的关系。
专门用于热重分析测定的仪器叫热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。
而具有多种功能联用型的热分析仪，则便于从不同角度对试样进行综合分析。
许多物质在加热过程中常发生质量的变化，如含水化合物的脱水、化合物的分解、固体的升华、液体的蒸发等均会引起试样失重；另一方面，待测试样与周围气氛的化合又将导致质量的增加。
热重分析就是以试样的质量对温度T或时间t作图得到的热分析结果；而测试质量变化速度dW/dt对温度T的曲线则称为微分热重曲线。
理想热重见曲线图4（a），表示热重过程是在某一特定温度下发生并完成的。
曲线上每一个阶梯都与一个热重变化机理相对应。
每一条水平线意味着某一稳定化合物的存在；而垂直线的长短则与试样变化对质量的改变值成正比。
然而由实际热重曲线图4（b）可见，热重过程实际上是一个温度区间内完成的，曲线上往往并没有明晰的平台。
两个相继发生的变化有时不易划分，因此，也就难以分别计算出质量的变化值。
微分热重曲线图4（c）已将热重曲线对时间微分，结果提高了热重分析曲线的分辨力，可以较准确地判断各个热重过程的发生和变化情况。
图4热重分析和微分热重分析曲线示意图
图5所示的热失重曲线，试样质量的W0在初始阶段有一定的质量损失(W0－W1)，这往往是吸附在试样中的物质受热解吸所致：水是最常见的吸附质。
一个热重过程的温度由曲线的直线部分外延相交加以确定。
图中的T1为一种稳定相的分解温度。
在T2至T3温度区间内，存在着另一种稳定相，两者的质量差为(W1-W2)，其质量因子关系当然也可由此进行计算。
测定过程中升温速度过快，会使温度测得值偏高。
所以要有合适的操作条件才能得到再现性良好的可靠结果。
通常，升温速率可控制在5～10℃/min范围。
试样的颗粒如果太小，测得温度会偏低；太大则影响热量的传递。
试样还宜铺成薄层，以免逸出的气体将试样粉末带走。
图5热失重曲线
（三）差示扫描量热法
差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。
DSC和DTA仪器装置相似，把固体试样S与热惰性的参比物R置于同一加热炉中，所不同的两个坩埚下面还各自安装着一套加热器和测温元件。
测定过程中，加热电炉按照一定的速率升温或降温，当试样有热放应发生时，欲维持S与R之间的温度差为零，则要用电功予以补偿。
所以，将两个加热器的补偿功率之差随温度变化的关系记录下来，就可以测量试样受热变化过程中焓变的大小。
还有一种热流式的差示扫描量热仪，这里不作介绍。
图6为差示扫描量热仪工作原理示意图。
记录仪图纸的横坐标为温度或时间，
纵坐标则以焓对时间的微分（dH/dt）来表示。
峰面积与受热过程的焓变值成
正比。
为了准确求得，需要选用已知的纯物质作为基准进行标定。
根据待测物温度变化范围，本实验以熔点为156.5℃的纯铟作为基准物，其熔化热为28.4 J·g-1。
因此，用差示扫描量热法可以直接测量热量，这是与差热分析的一个重要区别。
此外，DSC与DTA相比，另一个突出的优点是后者在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度（如在升温时试样由于放热而一度加速升温）。
而前者由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与参比物的温度始终相等，避免了参比物与试样之间的热传递，故仪器的反应灵敏，分辨率高，重现性好。
尽管差示扫描量热分析可以较准确地进行定量计算，但由于仪器制造技术方面的原因，目前最高只能测定到750℃左右，高于此温度就只能采用差热分析方法了。
图6功率补偿式差示扫描量热仪工作原理示意图
1．温差热电偶；2．补偿电热丝；3．坩埚；4．电炉；5．控温热电偶。