热重分析法(TG)
TG基本原理
TG基本原理热重分析仪（TG）基本原理热重分析法（Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA）为使样品处于⼀定的温度程序（升／降／恒温）控制下,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
⼴泛应⽤于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、⽆机材料、⾦属材料与复合材料等各领域的研究开发、⼯艺优化与质量监控。
利⽤热重分析法，可以测定材料在不同⽓氛下的热稳定性与氧化稳定性，可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进⾏分析（包括利⽤TG测试结果进⼀步作表观反应动⼒学研究），可对物质进⾏成分的定量计算，测定⽔分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
热重分析仪的基本原理⽰意如下：炉体（Furnace）为加热体，在由微机控制的⼀定的温度程序下运作，炉内可通以不同的动态⽓氛（如N2、Ar、He等保护性⽓氛，O2、air等氧化性⽓氛及其他特殊⽓氛等），或在真空或静态⽓氛下进⾏测试。
在测试进程中样品⽀架下部连接的⾼精度天平随时感知到样品当前的重量，并将数据传送到计算机，由计算机画出样品重量对温度／时间的曲线（TG曲线）。
当样品发⽣重量变化（其原因包括分解、氧化、还原、吸附与解吸附等）时，会在TG曲线上体现为失重（或增重）台阶，由此可以得知该失／增重过程所发⽣的温度区域，并定量计算失／增重⽐例。
若对TG曲线进⾏⼀次微分计算，得到热重微分曲线（DTG曲线），可以进⼀步得到重量变化速率等更多信息。
典型的热重曲线如下图所⽰：100200300400500600700800900/ 温度 /℃406080100120140TG /%-20-15-10-5D TG /(%/m in)7样品称重：7.95mg 20K/min 升温速率：20K/min N2⽓氛：N2 Al2O3, 坩埚：Al2O3, 敞开式TG TG 典型图谱（图中所⽰为⼀⽔合草酸钙的分解过程）DTG DTG 曲线TG TG 曲线: -12.3%: -19.2%: -30.1% : 38残余质量: 38.4% 质量变化质量变化: 186峰值: 186.2 .2 ℃: 518峰值: 518.3 .3 ℃: 770峰值: 770.6 .6 ℃ : 489起始点: 489.2 .2 ℃ : 155起始点: 155.8 .8 ℃: 710起始点: 710.8 .8 ℃质量变化图谱可在温度与时间两种坐标下进⾏转换。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
亮点
金属氧化物薄层通常制备方法：原子层沉积、脉冲激光沉积、化学气相 沉积、射频溅射、喷墨印刷等方法。
本文—— “combustion” process in which the
heat required for oxide lattice formation is provided by the large internal energies of the precursors
IPS实质TFT
TFT：指薄膜晶体管，即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的 薄膜晶体管来驱动， 高速度、高亮度、高对比度， 最好的LCD彩色显示设备之一
文章内容： 金属氧化物半导体——耦合光透性、机械性能好、出色的电子性能。
TFT performance of many oxides exceeds that of amorphous silicon (a-Si:H), and their stability rivals or exceeds that of typical organic semiconductors
外推始点onset：基线延长线与曲线拐点切线的交点。
始点initial：开始偏离基线的点。
常见热分析技术
热重分析 微分热重分析 差热分析 差示扫描量热法
检测待测物与样品 的不同
TG(DTG) 质量
DTA 温度
DSC 能量（热焓）
热重分析法
程序控温下，质量 随温度的变化。m=f（T）。 测量条件：发生质量变化。 纵坐标：质量或其百分数
600
800
1000
1200
140 780
180 205
450
T/℃
1030
差热分析法（DTA）参Fra bibliotek物：在测量温度范围内不发生 任何热效应的物质，如-Al2O3、
热重分析TG资料
这是用H2SO4和碳黑填 充的聚四氟乙烯的TG 曲线。
先在N2中加热至600℃， 再切换成空气继续加 热到700℃，烧掉碳黑， 就能分别对碳黑和SO2 继续定量。
上图是填充了油和碳黑的乙丙橡胶的TG和DTG曲线。
首先在N2中测定乙丙共聚物和油的含量 (升温到400℃ 左右)，再切换成空气烧掉碳黑（升温到600℃左右）， 从而又可获得碳黑的含量和残渣的量。
一方面是因为仪器天平灵敏度很高 (可达到 0.1μg )， 另一方面，试样量越多，传质阻力也越大，试样内部的温 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；如果粒度大， 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，不能有反应活性和催化活性。
的倾斜度，然后调整安装在天平系统和磁场中线圈的电 流，使线圈转动以恢复天平的倾斜，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。其原理 见图13-1。
热重分析仪的简单工作原理以P-E公司生产的TGS-2 为例加以说明，如图13-2。
二、 升 温 速 率
升温速度越快，温度滞后越严重，如 聚苯乙 烯在N2中分解，当分解温度都取失重10%时， 用1℃/min测定为357℃，用 5℃/min 测定为 394℃，相差37 ℃。升温速度快，使曲线的分 辨率下降，会丢失某些中间产物的的信息。如： 对含水化合物升温可以检出分步失水的一些中 间物。
两种材料虽然同是PVC， 但软硬不同，用途不同， 增塑剂含量差别很大， 前者为29%，后者为 8%。
热重分析技术简介—TG
TG的定义
TG曲线表示方法
TG /% 100
80
60
40
20
0 100
Peak: 219.2 °C
Onset: 431.5 °
ICTA 热分析方法
T
TM
G
A
质量
尺寸
DTA 温度
光学
磁学
电学
热量
声学
力学
DS
DM
C
A
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
TG的定义
热重分析法：研究样品在程序升温时，样品 失重和加热温度或时间之间关系的一种技术。 所有与重量变化有关的物理及化学过程都可 以用TG表征。 热稳定性 原材料鉴定 脱水、脱酸 填料分析 组分分析 分解温度 分解动力学 氧化稳定性
TG /mg
0.5
0.0
5K/min
-0.5
10K/min
15K/min
40K/min -1.0
100
200
300
400
500
600
700
800
Temperature /°C
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
实验结果的影响因素
升温速度的影响
TG /%
110
100
90
80
5℃/min
热重分析法(TG)
a、震动 ； b、挥发物的冷凝 ； c、浮 力 。
实验条件
a、 样品状况； b、试样皿； c、气氛种类； d、升温速率。
.
五、热重分析法的应用 聚合物热稳定性的评价 组成的剖析
a 添加剂的分析 b 共聚物和共混物的分析 用热重法研究聚合物固化
.
六、 TG曲线的处理和计算
TG曲线关键温度表 示法 ： A—起始分解温度； B—外延起始温度； C—外延终止温度； D—终止温度； E—分解5％的温度； F—分解10％的温度； G—分解50％的温度
热重分析法（TG）
硕研09-6 隋鹏
.
一、热重分析的定义
热重法（TG）又称热失重法，是在程序控
温下，测量物质的质量随温度（或时间）
的变化关系的一种热分析技术。用数学表达
式为：
WfT或 t
热重法行。
.
二、热重法的原理
物质在温度作用下，随温度的升高，会产生相 应的变化，如水分蒸发，失去结晶水，低分子 易挥发物的逸出，物质的分解氧化等。
分析)
4.3
3.2
4.6
0.3
8.3
5.8
8.3
0.0
11.2
7.6
10.9
0.3
14.9
10.2
14.6
0.3
27.1
18.9
27.1
0.0
31.1
21.7
31.1
0.0
.
The End
谢谢观看
.
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。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
热分析技术分类
测定的性质 质量
温度 热焓
挥发物 尺寸 电性质 光性质 磁性质
方法 热重分析法(TG)
微热重分析法(DTG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法(DSC)
逸出气体分析法(EGA) 热膨胀法 热电法 热光法 热磁法
描述
程序控温下，测量物质的质量随温度的变 化 TG的基础上，利用计算机计算Δm-T的曲线 程序控温下，测量温度随程序温度的变化
TG,DTA,DSC曲线
相关文献 壹
JACS简介
Journal of the American Chemical Society 中文名：《美国化学会志》 化学杂志龙头 1879至今 134年历史
JACS简介
总引证次数和被引次数第一，远超第二 JACS每年有51期 JACS不收版面费，文章用彩色不加收费用 审稿周期10周。通讯是2个审稿人，全文是3个，全文审稿周期更长
IPS实质TFT
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文章内容： 金属氧化物半导体——耦合光透性、机械性能好、出色的电子性能。
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发展历史
1964年—— Watson等研制出可定量测量热量的差示扫描量热计，试样用量 为mg级。Mazieres研制的微量差热分析仪的试样量达到了10-100ug。 近十年来——热分析仪器与其他分析仪器的联用技术也发展很快，出现了 TG-MS、TG-GC、DTA-MS、TG-TGA等联用仪器，既节省试样用量又同时 获得更多的信息。
6 热重法(TG)
•12-热电偶
聚合物“典型” TG曲线
100% W%
50%
0
水 / 溶剂挥发 低分子物质挥发
W1% W2%
聚合物分解
W3% 残留物
100 200 300 400 500 600 700 800
根据TG考察固化温度
已知组成的聚合物体系组分定量分析
100%
W%
PVB PVB+PLAS
（PVB+PLAS）萃取后
0 100 200 300 400 500 T
共聚物共聚组成测定 共混物共混组成测定
◆ 在已知分解机理时，共聚单元分解温明显不同的 共聚物共聚组成测定
如： 氯乙烯-PAN共聚物 乙烯-醋酸乙烯共聚物
……….
W%
T
◆ TG用途 聚合物TG曲线上重量与温度（或时间）的关系
• 反映材料的耐热性能 • 便于定量分析聚合物体系各组分的含量 • 可用于考察固化反应的最佳条件
• 4.2 TG原理 4.2.1 TG的基本思想
• 材料在受热过程中，伴随温度的变化会相继发 生蒸发、升华\脱附及化学变化；将由此引起 的材料重量变化测试记录下来，
N2气氛
PVC两阶段热分解
第一阶段： 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。
~C-C-C-C~ ~C=C-C=C-C~ + HCl 第二阶段： 420oC左右。由于PVC主链断裂起。
PVC在N2气氛中两阶段热分解
100 80 W% 60 40 20
脱HCl
？？
脱烃类小分子
热重分析（TG）
热重分析（TG）
热重曲线（TG）如何表征？
失重起始点（程温序度温）度变化（热作用）＋固态或液态物质
热重分析的三个要素
质量变化（试样与参比物的质量差？）
伴随一定质量变化的物理或化学变化
失重终止点（温度）
1782年,英国瓷器制造者 J.Wedgwood首次报道了第 一条瓷土的重量随温度变 化的热重曲线
dt 2.303R T
lg( d / dt) E (1/ T ) n lg(1 ) 2.303R lg(1 )
以
lg( d / dt) lg(1 )
对
(1/ T )
lg(1 )
作图，可得E，n
热重分析（TG）
d A eE / RT (1 )n dT
分离变量后积分，可得
d A T eE / RT dT
将某个温度下的α和t代入上式，即可求得k。由不
同温度下的k即可得到活化能E和A。
非等温法：在恒定的升温速率下
＝ dT
dt
热重分析（TG）
（1）微分法 由Freeman-Carroll提出
d A eE / RT (1 )n dT
两边取对数，并微分得
lg d E ( 1 ) n lg(1 )
热重分析（TG）
DTG优点 ①一次测定可同时获得TG和DTG两条曲线． ②因为DTA只能反映出样品受热过程中的热量变化，与质量变化无 关．但DTG则与样品的质量变化有关．假使把DTG和DTA峰加以比较，就判 断出曲线中出现峰究竟是由于质量变化引起的还是由于热量变化产生 的． ③DTA曲线温区较宽，而DTG曲线能精确反映出起始反应温度，到达最大 反应速率的温度和反应终止温度． ④TG曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显，但利用DTG则能呈 现明显的最大值．所以DTG能很好显示出生重叠反应，区分各个反应阶 段． ⑤把DTG曲线峰面积与样品量的变化精确地加以对照就能进行定量分 析． ⑥某些材料，由于某种原因不能用DTA加以分析，则可用DTG研究． ⑦DTG能精确显示微小质量变化的起点．不能将DTG曲线的峰顶温度当成 分解温度．DTG的峰顶温度表示在这个温度下质量变化速率最大．显然， 它不是样品开始质量损失的温度
《热重分析法TG》课件
在化学反应研究中的应用
热重分析法在化学反应研究中用于研究反应动力学、反应机理和反应条件优化。通过分析反应过程中 物质的质量变化和温度变化，可以获得反应速率常数、活化能、反应机理和反应条件等信息，有助于 深入了解反应过程和提高产物的纯度和产量。
例如，在研究有机合成、药物合成和燃料合成等化学反应过程中，热重分析法可以用来优化反应条件 和提高产物的收率。
03
热重分析实验技术
实验前的准备
仪器准备
确保热重分析仪（TGA）处于良 好工作状态，检查天平、炉子、 气体供应等辅助设备的运行情况
。
样品准备
选择合适的样品，确保其质量和纯 度满足实验要求。对于某些特殊样 品，可能需要特殊的预处理或制备 方法。
实验环境准备
确保实验室环境干燥、无尘、无振 动，以减少外部因素对实验结果的 影响。
食品工业领域
研究食品成分的热稳定性、热降解等 ，有助于食品加工工艺的优化和食品 安全控制。
THANKS
感谢观看
04
热重分析法的应用实例
在材料科学中的应用
热重分析法在材料科学中广泛应用于研究材料的热稳定性、热分解行为和相变过 程。通过分析材料在加热过程中的质量变化，可以获取材料的热稳定性、分解温 度、热分解机制和残余物性质等信息，为材料的合成、改性和应用提供重要依据 。
例如，在研究新型高分子材料、复合材料和陶瓷材料的制备过程中，热重分析法 可以用来评估材料的热稳定性、确定最佳合成条件和优化材料性能。
热重分析法在各领域的应用前景
能源领域
研究新能源材料（如电池材料）的热 稳定性、热分解反应等，为新能源开 发提供支持。
环境领域
应用于大气污染、水污染等环境问题 研究，通过分析污染物的热行为，为 环境治理提供依据。
热重分析TG
热重分析热重分析（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。
目录多少物质（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。
从热重曲线上我们就可以知道CuS O4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。
TGA 可以得到样品的热变化所产生的热物性方面的信息。
种类热重分析通常可分为两类：动态法和静态法。
1、静态法：包括等压质量变化测定和等温质量变化测定。
等压质量变化测定是指在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。
等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与温度关系的一种方法。
这种方法准确度高，费时。
热重分析仪结构2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。
微商热重分析又称导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，简称DTG），它是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。
仪器构造进行热重分析的基本仪器为热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。
除热天平外，还有弹簧秤。
热重分析仪数据分析热重分析仪结构：1、试样支持器；2、炉子；3、测温热电偶；4、传感器；5、平衡锤；6、阻尼和天平复位器；7、天平；8、阻尼信号影响因素影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面：仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素等等。
1、浮力及对流的影响。
浮力和对流引起热重曲线的基线漂移。
热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度。
解决方案：空白曲线、热屏板、冷却水等。
2、挥发物冷凝的影响。
解决方案：热屏板。
热分析法热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
热分析技术分类
测定的性质
方法
质量
热重分析法(TG)
微热重分析法(DTG)
温度
差热分析法(DTA)
热焓
差示扫描量热法(DSC)
挥发物
尺寸 电性质 光性质 磁性质
逸出气体分析法(EGA)
热膨胀法 热电法 热光法 热磁法
描述
程序控温下，测量物质的质量随 温度的变化 TG 的 基 础 上 ， 利 用 计 算 机 计 算 Δm-T的曲线 程序控温下，测量温度随程序温 度的变化
程序控温下， 测量物与参比 物的温差与温 度的关系 ΔT=f(T) 正峰：放热 倒峰：吸热
差示扫描量热法
程序控温下，为维持 T(测量物)=T(参比物)
补偿的热量与温度的关 系ΔT=f(T)
正峰：放热 倒峰：吸热
典型的DSC曲线
热流率（dH/dt）为纵坐标、 时间（t）或温度（T）为横坐
标。
曲线离开基线的位移即代表样 品吸热或放热的速率（mJ·s1），而曲线中峰或谷包围的 面积即代表热量的变化。
程序控温下，测量物与参比物能 量差随温度变化
程序控温下，物质释放出气体随 温度变化
热分析曲线
横坐标表示温度T或时间t，纵坐标为相应的物理量，例 如热流量dQ/dT，温差△T，质量损失△ m,长度（体积） 变化△ L（ △ V）。
基线：无试样存在时产生的分析轨迹，或者可以说是恒 定条件下，仪器的响应信号曲线。
JACS简介
总引证次数和被引次数第一，远超第二
JACS每年有51期
JACS不收版面费，文章用彩色不加收费用
审稿周期10周。通讯是2个审稿人，全文是3个，全 文审稿周期更长
IPS实质TFT
TFT：指薄膜晶体管，即每个液晶像素点都是由集成 在像素点后面的薄膜晶体管来驱动， 高速度、高亮度、高对比度， 最好的LCD彩色显示设备之一
热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)
试样的稀释等。
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实例
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热重分析法的处理
精品文档
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
精品文档
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)。
热重分析（TG）和差示扫描量热法 （DSC）
精品文档
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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。
精品文档
吸热
玻璃化转变
熔融
基线
分解气化
ΔT(℃)
放热 dH/d变
Tg
精品文档
结晶
Tc
Tm
热重分析(TG)
热天平种类
➢根据试样与天平横梁支撑点之间的相对位置，热
天平可分为下皿式，上皿式与水平式三种。
热天平测量原理
➢ 当天平左边称盘中试样因受热产生重量变化时，天平横梁连同光栏则向
上或向下摆动，此时接收元件接收到的光源照射强度发生变化，使其输 出的电信号发生变化。这种变化的电信号送给测重单元，经放大后再送 给磁铁外线圈，使磁铁产生与重量变化相反的作用力，天平达到平衡状 态。因此，只要测量通过线圈电流的大小变化，就能知道试样重量的变 化。（零为平衡）
➢粒度越小，反应速率越快，使TG曲线上的Ti和Tf
温度降低，反应区间变窄。
➢试样粒度大往往得不到较好的TG曲线。粒度减小
不仅使热分解温度下降，而且也使分解反应进行 的很完全。
德国NETZSCH STA449C型综合热分析仪
应用举例
• 大同煤的TG－DTG分析
Weight loss(wt%, daf) Rate of weight loss (%/s)
为了获得精确的实验结果，分析各种 因素对TG曲线的影响是很重要的。影响TG 曲线的重要因素包括：
一、仪器因素 二、试样因素
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
(1) 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。
CuSO4·5H2O的TG曲线
曲线EF段也是一平台，相应质量 为m2；曲线FG 为第三台阶，
质量损失为0.8mg，可求得质量 损失率
第7章 热重分析法
Temperature / °C
将该样品在真空下进行测试，由于增塑剂沸点的降低，挥发温度与橡胶 分解温度拉开距离，得到了更准确的增塑剂质量百分比：13.10%。
复杂气流控制下的热重分析（TG）
通过改变测试气氛（真空－氮气－空气）， 有助于深入剖析材料成分。
7.3.5 研究聚合物的降解反应动力学
动力学基本原理
10
5
0
20
Kinetic Analysis of Vulcameter Data
A 1>B
150.0 °C 160.0 °C 170.0 °C 180.0 °C
40
60
80
100
120
Time/min
可采用动力学软件分析恒温下的扭矩测量数据
反应类型: A B
反应物 A 的浓度
Arrhenf(a)
exp EA RT
前置因子
f(x) – 反应类型
动力学软件 Kinetics 反应机理
简单反应（单步） A
B
A
B
C
复杂反应（多步）
A
B
A
2
C
B B
A
B
C
D
A
B
连串反应, f 竞争反应, c 平行反应, p
DTG % / min
Sample:
NR/SBR
Sample mass: 20.64 mg
Crucible:
Pt open
Heating rate: 20 K/min
Atmosphere: VACUUM
天然橡胶 NR mass loss: - 36.97 %
丁苯橡胶 SBR mass loss: - 10.33 %
热重分析法
h
9
热重法的典型应用
无机物及有机物的脱水 和吸湿
无机物及有机物的聚合 与分解
矿物的燃烧和冶炼
金属及其氧化物的氧化 与还原
物质组成与化合物组分 的测定
煤、石油、木材的热稳 定性
金属的腐蚀
物料的干燥及残渣分析
升华过程 液体的蒸馏和汽化 吸附和解吸 催化活性研究 固态反应 爆炸材料(含能材料)研究 反应动力学研究，反应机
DTG比TG分辨率更高 DTG曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重
量，较TG能更精确地进行定量分析 能方便地为反应动力学计算提供反应速率
（dw/dt）数据 DTG与DTA/DSC具有可比性，通过比较，能
判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起 的峰。TG对此无能为力
h
6
DTG与DTA/DSC曲线具有可比性 DTA/DSC的信息要比DTG多一些
热重法通常称热重分析（TGA），记录的曲线称为热重曲
线或TG曲线，不能叫作热谱图（Thermogram）。
热重法不能称为热失重！TG曲线一般不称TGA曲线
h
2
微商热重法（DTG，Derivative Thermogravimetric Analysis ）
实验所得的TG曲线对温度或时间的微分可得到一阶微商曲线 DTG和二阶微商曲线DDTG 目前使用最多的是一阶导数，即质量变化速率，作为温度或时间 的函数被连续地记录下来，也即
热惯性与加热速率和 炉子体积有关
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实验容器--坩埚 铝坩埚一般不用于TGA实验！
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支架—吊篮
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上皿式（样品在上部）
避免了下皿式天平的缺点 优点：更换样品容易
样品室更换容易 样品放置稳固 缺点：结构设计复杂 需用较大质量的平衡锤来避免试 样支持器的倾倒 由于天平总负荷的增大，限制了 天平测量灵敏度和精度的提高 浮力效应（减基线）
热重分析
第三节 热重分析（TG ）一、基本原理热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系的一种技术，简称TG 。
如熔融、结晶和玻璃化转变之类的热行为，试样确无质量变化，而分解、升华、还原、解吸附、吸附、蒸发等伴有质量改变的热变化可用TG 来测。
如果在程序升温的条件下不断记录试样的重量的变化，即可得到TG 曲线。
如图1所示。
一般可以观察到二到三个台阶，第一个失重台阶W 0—W 2多数发生在100℃以下，这多半是由于试样的吸附水或试样内残留的溶剂挥发所致。
第二个台阶往往是试样内添加的小分子助剂，如高聚物增塑剂、抗老剂和其他助剂的挥发（如纯物质试样则无此部分）。
第三个台阶发生在高温是属于试样本体的分解。
为了清楚地观察到每阶段失重最快的温度。
经常用微分热重曲线DTG （如图1b ）。
这种/dW dt 曲线可以利用电子微分电路在绘制TG 曲线的同时绘出。
对于分解不完全的物质常常留下残留物W R 。
在某种特殊的情况下还会发生增重现象，这可能是物质与环境气体（如空气中的氧）进行了反应所致。
另外目前又出现了一种等温TG 曲线。
这是在某一定温度条件下，观察试样的重量随时间的变化，所以又称“等温热失重法”即：W=f （t ）（温度为定值）W 0 W 1 W 2 W 3重量图1 热重分析曲线（a ）与微商热重曲线（b ）炉子它能提供很多有用的信息，如在某温度下物体的分解速度或某成分的挥发速度等。
二、基本结构热重法的仪器称为热天平，给出的曲线为热重曲线。
热重曲线以时间t 或炉温T 为横坐标，以试样的质量变化（损失）为纵坐标。
热天平的基本单元是微量天平、炉子、温度程序器、气氛控制器以及同时记录这些输出的仪器。
热天平的示意图如图2-1所示。
通常是先由计算机存储一系列质量和温度与时间关系的数据完成测量后，再由时间转换成温度。
三、影响因素虽然由于技术的进步，在设计TG 仪器时进行了周密的考虑，尽量减少各种因素的影响，但是客观上这些因素还不同程度在存在着，为了数据的可靠性，有必要分述如下：1.坩埚的影响坩埚是用来盛装试样的，坩埚具有各种尺寸、形状并由不同材质制成。
EGCG热重分析法
EGCG热重分析法热重分析法(Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA)为使样品处于一定的温度程序(升/降/恒温)控制下，观察样品的质量随温度或时间的变化过程，获取失重比例、失重温度(起始点，峰值，终止点...)、以及分解残留量等相关信息。
TG方法广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
可以测定材料在不同气氛下的热稳定性与氧化稳定性，可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进行分析，包括利用TG测试结果进一步作表观反应动力学研究。
可对物质进行成分的定量计算，测定水分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
图谱可在温度与时间两种坐标下进行转换。
红色曲线：热重(TG)曲线，表征了样品在程序温度过程中重量随温度/时间变化的情况，其纵坐标为重量百分比，表示样品在当前温度/时间下的重量与初始重量的比值。
绿色曲线：热重微分(DTG)曲线(即dm/dt曲线，TG曲线上各点对时间坐标取一次微分作出的曲线)，表征重量变化的速率随温度/时间的变化，其峰值点表征了各失/增重台阶的重量变化速率最快的温度/时间点。
热重曲线怎么分析对于一个失/增重步骤，较常用的可对以下特征点进行分析：切线的相交点，可作为该失/增重过程起始发生的参考温度点，多用于表征材料的热稳定性。
切线的相交点，可作为该失/增重过程结束的参考温度点。
DTG曲线峰值：质量变化速率最大的温度/时间点，对应于TG 曲线上的拐点。
质量变化：分析TG曲线上任意两点间的质量差，用来表示一个失重(或增重)步骤所导致的样品的质量变化。
残余质量：测量结束时样品所残余的质量。
另外，在软件中还可对TG曲线的拐点(与DTG峰温等同)、DTG 曲线外推起始点(更接近于真正意义上的反应起始温度)、DTG 曲线外推终止点(更接近于真正意义上的反应结束温度)等特征参数进行标示。
TG 基本原理
热重分析仪（TG）基本原理热重分析法（Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA）为使样品处于一定的温度程序（升／降／恒温）控制下,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
利用热重分析法，可以测定材料在不同气氛下的热稳定性与氧化稳定性，可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进行分析（包括利用TG测试结果进一步作表观反应动力学研究），可对物质进行成分的定量计算，测定水分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
热重分析仪的基本原理示意如下：炉体（Furnace）为加热体，在由微机控制的一定的温度程序下运作，炉内可通以不同的动态气氛（如N2、Ar、He等保护性气氛，O2、air等氧化性气氛及其他特殊气氛等），或在真空或静态气氛下进行测试。
在测试进程中样品支架下部连接的高精度天平随时感知到样品当前的重量，并将数据传送到计算机，由计算机画出样品重量对温度／时间的曲线（TG曲线）。
当样品发生重量变化（其原因包括分解、氧化、还原、吸附与解吸附等）时，会在TG曲线上体现为失重（或增重）台阶，由此可以得知该失／增重过程所发生的温度区域，并定量计算失／增重比例。
若对TG曲线进行一次微分计算，得到热重微分曲线（DTG曲线），可以进一步得到重量变化速率等更多信息。
典型的热重曲线如下图所示：100200300400500600700800900/ 温度 /℃406080100120140TG /%2015105D TG /(%/m in)7样品称重：7.95mg 20K/min 升温速率：20K/min N2气氛：N2 Al2O3, 坩埚：Al2O3, 敞开式TG TG 典型图谱（图中所示为一水合草酸钙的分解过程）DTG DTG 曲线TG TG 曲线: 12.3%: 19.2%: 30.1% : 38残余质量: 38.4% 质量变化 质量变化: 186峰值: 186.2 .2 ℃: 518峰值: 518.3 .3 ℃: 770峰值: 770.6 .6 ℃ : 489起始点: 489.2 .2 ℃ : 155起始点: 155.8 .8 ℃: 710起始点: 710.8 .8 ℃ 质量变化图谱可在温度与时间两种坐标下进行转换。
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热重曲线纵坐标表示重量(mg),向下表示 , 热重曲线纵坐标表示重量 重量减少,向上表示重量增加; 重量减少,向上表示重量增加;横坐标表 示温度T〔 示温度 〔℃或K),有时也可用时间 ,从 ,有时也可用时间t, 左向右表示T 左向右表示 或 t 增加
三,热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 要在反应中有质量变化; (1)要在反应中有质量变化; (2)是不同的样品组成,质量变化的大小不同. 是不同的样品组成,质量变化的大小不同. 热重法测定,试样量要少,一般2 5mg. 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, 0.1μg), 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, 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, TG曲线发生变化 曲线发生变化, 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, 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. 分解反应移向高温.
PVC , PMMA,PE,PTFE ,PI , , 五种聚合物的热重曲线
在比较热稳定性时,除了失重的温度外, 在比较热稳定性时,除了失重的温度外,还需 比较失重速率
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的 曲线 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线 乙酸乙烯酯共聚物的
EVA的TG和化学分析结果的比较 的 和化学分析结果的比较
The End
谢谢观看
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热重分析法(TG)
硕研09硕研09-6 隋鹏 09
一,热重分析的定义
热重法(TG)又称热失重法,是在程序控 热重法( )又称热失重法, 温下,测量物质的质量随温度(或时间) 温下,测量物质的质量随温度(或时间) 的变化关系的一种热分析技术. 的变化关系的一种热分析技术.用数学表达
式为: 式为:
W = f (T或t )
热重法通常有动态(升温)和静态(恒温) 热重法通常有动态(升温)和静态(恒温) 之分,但通常是在等速升温条件下进行. 之分,但通常是在等速升温条件下进行.
二,热重法的原理
物质在温度作用下,随温度的升高, 物质在温度作用下,随温度的升高,会产生相 应的变化,如水分蒸发,失去结晶水, 应的变化,如水分蒸发,失去结晶水,低分子 易挥发物的逸出,物质的分解氧化等. 易挥发物的逸出,物质的分解氧化等. 将物质的质量变化和温度变化的信息记录下来, 将物质的质量变化和温度变化的信息记录下来, 就得到了物质的质量温度曲线,即热重曲线. 就得到了物质的质量温度曲线,即热重曲线.
四,影响TG数据的因素
仪器因素
a,震动 ; , b,挥发物的冷凝 ; , c,浮 力 . ,
实验条件
a, 样品状况; , 样品状况; b,试样皿; ,试样皿; c,气氛种类; ,气氛种类; d,升温速率. ,升温速率.
五,热重分析法的应用 聚合物热稳定性的评价 组成的剖析 a 添加剂的分析 b 共聚物和共混物的分析 用热重法研究聚合物固化
六, TG曲线的处理和计算
TG曲线关键温度表 示法 : A—起始分解温度; B—外延起始温度; C—外延终止温度; D—终止温度; E—分解5%的温度; F—分解10%的温度; G—分解50%的温度
TG曲线失重量表示方法及曲线图: 曲线失重量表示方法及曲线图: 曲线失重量表示方法及曲线图
增重量表示方法及曲线图: 增重量表示方法及曲线图:
乙酸乙烯 乙酸的失重 (ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ,化学 (%,TG) 分析)
4.3 8.3 11.2 14.9 27.1 31.1 3.2 5.8 7.6 10.2 18.9 21.7
乙酸乙烯 绝对偏差 (%,TG) (%)
4.6 8.3 10.9 14.6 27.1 31.1
0.3 0.0 0.3 0.3 0.0 0.0