材料测试 热重分析TG

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
➢DTG曲线上出现的峰与TG 曲线上两台阶间质量发生变 化的部分相对应，峰数对应
天然壳聚糖在空气中的热重曲线
于TG曲线上的台阶数，即失
峰的面积与试验对应的质量变化成正 重的次数.
比，峰顶与失重变化速率最大相对应。
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Weight Loss [%] 一 阶 导 数 [%.min-1 ]
DTA DSC
TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析）
DMA（动态机械分析）
EGA （逸出气分析）
➢ 应用最广泛的方法是热重（thermogravimetry, TG）和差 热分析（differential thermal analysis, DTA），其次是差 示扫描量热法（differential scanning calorimetry, 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。
目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器 串接或间歇联用，常用GC、MS、FTIR、X光衍射仪等对逸 出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的 分析，从而推断出反应机理。
➢方法和技术的多样性
热分析分类
加热 物质 冷却
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中 物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性 质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。
❖ 热分析的起源及发展
➢1889年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使 用了温差热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式 发明了差热分析（DTA）技术。
主要组成部分： 记录天平 加热炉(室温-1000℃) 程序控温系统 记录仪
热天平的基本构造:
热
光源
天
平
的
结 记录系统
构
反射镜
热电偶 炉 样品
校准重量
平衡重量 平衡点
调节装置
热天平：在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器。 它的基本原理是：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。
其中，P是物质的一种物理量；
T是物质的温度。
程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、 循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函 数：
其中t是时间。
T＝φ ( t )
即 P＝f（T或t）
❖ 热分析存在的客观物质基础
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到 1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学 性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物 质“指纹图”的性质。
100
G
AB
80
60
40
Ti：起始反应温度；
20
0 0
C
T p
H
100 200 300 400 500 600 700 800
T i
Temperature
T f
[℃ ]
Tf：反应终了温度；
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Tp：最大失重速率温度；
多步反应过程可看作是数个单步过程的连续进行或叠加。
TG曲线形状图
6.2.1热重分析仪器及原理图
➢热重分析仪（TG-50/50H）
耐震性强，无须选择设置场所 可进行高灵敏度测定 TG的基线极为稳定 温度范围：
室温～1000℃/1500℃ 最大样品量：1g
热重法不能称热重分析（TGA）， 记录的曲线称为热重曲线或TG曲线， 不能叫作热谱图（Thermogram）。
➢ 在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。 ➢可在宽广的温度范围内对样品进行研究 ➢对样品的物理状态无特殊要求 ➢所需样品量很少（0.1ug-10mg），仪器灵敏度高（质量变 化的精确度达10-5）
➢可与其它技术联用
热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况。解 释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线 尤其困难。
➢1915年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研 制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热 天平技术。
➢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。
第6章 热分析
6.1 绪 论
❖ 热分析的定义及发展概况
➢ 热分析（thermal analysis）Leabharlann Baidu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。
其数学表达式为：P＝f（T）
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
➢ 热重法定义（Thermogravimetry，TG） 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度（或时间）关
系的一种技术。 数学表达式为：W=f (T或t) ➢ 微商热重法（Derivative Thermogravimetry，DTG）
将所得到的TG曲线对温度或时间取一阶导数。
➢ 1965年英国麦肯才（Mackinzie）和瑞德弗(Redfern)等人发 起，在苏格兰亚伯丁召开了第一次国际热分析大会，并成立 了国际热分析协会。
❖ 热分析应用领域及研究内容
热分析特点：
➢ 应用的广泛性
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。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
6.2.2热重图谱解析
Weight Loss [%]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
0
可
燃
烧 物
DTG
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature [℃ ]
品失重累积量，为积分型曲 线； ➢DTG曲线是TG曲线对温度 或时间的一阶导数，即质量 变化率，dW/dT 或 dW/dt。