热分析TGAPPT课件
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热分析ppt幻灯片课件(2024)
2024/1/28
26
化学反应动力学研究
01
反应速率常数测定
通过热分析技术，可以测定化学 反应的速率常数，了解反应在不 同温度下的速率变化。
02
反应活化能计算
03
反应机理研究
利用热分析数据，可以计算化学 反应的活化能，揭示反应发生的 难易程度。
结合热分析结果，可以推测化学 反应的可能机理，为深入理解反 应过程提供依据。
2024/1/28
拟合函数选择
根据数据特点选择合适的拟合函数，如多项式、指数、对数等。
拟合参数求解
利用最小二乘法等数学方法求解拟合参数，使拟合曲线与实际数据 最佳匹配。
拟合优度评估
通过计算相关系数、残差平方和等指标评估拟合效果。
19
结果解析与讨论
峰归属与物质鉴定
根据峰位、峰形等信息推断物质种类及结构 。
28
07
热分析在其他领域的 应用
2024/1/28
29
地质学领域应用
矿物鉴定
通过热分析技术可以鉴定矿物的种类和成分，为地质学研究提供重 要依据。
岩石学研究
利用热分析技术对岩石进行加热和冷却过程中的物理和化学变化研 究，有助于了解岩石的形成和演化过程。
地球化学研究
热分析技术可用于研究地球内部物质的热性质和热反应，揭示地球内 部物质循环和能量传递的机制。
2024/1/28
30
生物学领域应用
2024/1/28
生物大分子研究
通过热分析技术可以研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的热稳 定性和热变性行为，了解生物大分子的结构和功能关系。
生物组织研究
利用热分析技术对生物组织进行加热过程中的物理和化学变化研究 ，有助于了解生物组织的结构和功能特性。
DSC-TGA谱图综合解析ppt课件
物含量：w1, w2, …随温度升高。表明失重有两种机理： (1)低聚物，快降； (2)高聚物，线性
Weight (wt%)
100.0
99.9
99.8 t1
99.7
99.6
t2
T(isoth.) = 160C T(isoth.) = 190C
99.5
99.4
t3
T(isoth.) = 220C
Temperature (C)
47%
700
氮气中失重也分两个阶段。第一阶段也到430C，失重47% 第二阶段失重慢于第一阶段，至700C重量保持>30%
18
100
80
Weight (%)
60
40
N2
air
20
0
100 200 300 400 500 600 700
Temperature (C)
700
空气中失重分两个阶段。第一阶段到430C，失重47%
第二阶段失重快于第一阶段，完全失重
17
Weight (%)
100
90
80
70
12.5C/min
60
10C/min
7.5C/min
50
5C/min
2.5C/min
40
30
Nitrogen
100 200 300 400 500 600
21
结论
第一阶段为弱键的断裂，如–OH, –CH2–, –CH3, C–N, –S–与 C–O–C等, 脱除非碳原子，剩余碳骨架，该过程 与气氛无关。 第二阶段为碳的氧化，与氧气关系密切。
22
案例2 PP的低聚物含量与热稳定性
研究目的： 1. PP热失重过程与机理 2. 稳定剂的作用
Weight (wt%)
100.0
99.9
99.8 t1
99.7
99.6
t2
T(isoth.) = 160C T(isoth.) = 190C
99.5
99.4
t3
T(isoth.) = 220C
Temperature (C)
47%
700
氮气中失重也分两个阶段。第一阶段也到430C，失重47% 第二阶段失重慢于第一阶段，至700C重量保持>30%
18
100
80
Weight (%)
60
40
N2
air
20
0
100 200 300 400 500 600 700
Temperature (C)
700
空气中失重分两个阶段。第一阶段到430C，失重47%
第二阶段失重快于第一阶段，完全失重
17
Weight (%)
100
90
80
70
12.5C/min
60
10C/min
7.5C/min
50
5C/min
2.5C/min
40
30
Nitrogen
100 200 300 400 500 600
21
结论
第一阶段为弱键的断裂，如–OH, –CH2–, –CH3, C–N, –S–与 C–O–C等, 脱除非碳原子，剩余碳骨架，该过程 与气氛无关。 第二阶段为碳的氧化，与氧气关系密切。
22
案例2 PP的低聚物含量与热稳定性
研究目的： 1. PP热失重过程与机理 2. 稳定剂的作用
热重分析仪(TGA)ppt课件
31
4.1.4 温度测量误差的影响
误差的原因：1、实验中测温元件不能与试样直接接触，因而测 定值与试样的真实温度有差异。 2、试样周围温度不均匀，试样发生反应（如燃烧） 产生的热效应导致试样周围环境温度分布不均匀。
实验对策：1、校正 2、尽可能减少试样量 3、降低扫描速度
32
➢ 4.2 实验条件的影响
•精确反映样品的起始反应温度， 达到最大反应速率的温度（峰 值），反应终止温度。
•利用DTG的峰面积与样品对应的
重量变化成正比，可精确的进行
定量分析。
15
16
DTG曲线具有以下一些特点：
（1）能精确反映出起始反应温度、最大反应速率温度和反应 终止温度(相对来说，TG曲线对此就迟钝的多）； （2）能精确区分出相继发生的热重变化。在TG曲线上，对应 于整个变化过程中各阶段的变化相互衔接而不易区分开，而 同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，可以 以峰的最大值为界把一个热失重反应分成两部分。故DTG能 很好地区分出重叠反应，区分各反应阶段。
对策：只需了解总分解量，采用高速，节省时间。 重点想了解各阶段的分解过程，采用低速，以保高分辨 率。
34
1-5℃/min; 2-10℃/min; 3-20 ℃/min 煤在不同升温速率下的TG图
35
4.2.2 气氛的影响
气体种类的影响：1. 活性气体（空气、氧气）、惰性气体（氮 气、氦气）、催化反应气体（催化加氢）影 响反应类型 2. 表观增重程度不同
19
TGA图怎么看？
20
TGA举例1：
80℃-120℃左右，一般为游 离水的失重造成
21
TGA举例2：
这个失重的开时温度比 前一个要早一些。推测 它的失重是由水或某种 有机溶剂的残留引起的
4.1.4 温度测量误差的影响
误差的原因：1、实验中测温元件不能与试样直接接触，因而测 定值与试样的真实温度有差异。 2、试样周围温度不均匀，试样发生反应（如燃烧） 产生的热效应导致试样周围环境温度分布不均匀。
实验对策：1、校正 2、尽可能减少试样量 3、降低扫描速度
32
➢ 4.2 实验条件的影响
•精确反映样品的起始反应温度， 达到最大反应速率的温度（峰 值），反应终止温度。
•利用DTG的峰面积与样品对应的
重量变化成正比，可精确的进行
定量分析。
15
16
DTG曲线具有以下一些特点：
（1）能精确反映出起始反应温度、最大反应速率温度和反应 终止温度(相对来说，TG曲线对此就迟钝的多）； （2）能精确区分出相继发生的热重变化。在TG曲线上，对应 于整个变化过程中各阶段的变化相互衔接而不易区分开，而 同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，可以 以峰的最大值为界把一个热失重反应分成两部分。故DTG能 很好地区分出重叠反应，区分各反应阶段。
对策：只需了解总分解量，采用高速，节省时间。 重点想了解各阶段的分解过程，采用低速，以保高分辨 率。
34
1-5℃/min; 2-10℃/min; 3-20 ℃/min 煤在不同升温速率下的TG图
35
4.2.2 气氛的影响
气体种类的影响：1. 活性气体（空气、氧气）、惰性气体（氮 气、氦气）、催化反应气体（催化加氢）影 响反应类型 2. 表观增重程度不同
19
TGA图怎么看？
20
TGA举例1：
80℃-120℃左右，一般为游 离水的失重造成
21
TGA举例2：
这个失重的开时温度比 前一个要早一些。推测 它的失重是由水或某种 有机溶剂的残留引起的
热分析技术 (Thermal Analysis)ppt课件
精选ppt
31
wii(Tg - Tg i) = 0
两组分体系
w11(Tg - Tg1) + w22(Tg - Tg2) = 0
Tg (w11 + w22)= w11Tg1 + w22Tg2
T gw 1w 1 T 1g1 1 w w 2 22 2 T g2w 1 T w g1 1 K K2 2 T w w g2
体积收缩过程是一级过程： 即排出速率与待排出自由体积分数成正比：
ddVt1Vt V1
Vt-V1
V0、V1分为T0、T1下的平衡体积
1 为速率常数
精选ppt
V0 T0 Vt V1 T1
17
ddVt1Vt V1
dVVt V1
dt
dV dt
Vt V1
lnV(t
V)Vt V1 1 V0V1
t
t 0
其数学表达式为：P = f (T)，式中P为物质的一种物理量， T是物质的温度。所谓程序控制温度就是把温度看作时间的函 数：T = φ (t), 其中 t 是时间，则 P = f (T or t)。
精选ppt
2
上述物理性质主要包括质量、温度、能量、尺寸、力学、 声、光、热、电等。根据物理性质的不同，可使用相应的热分 析技术，例如：
精选ppt
34
Tg, c = 164 K (-109C)
Tg, t = 179 K (-94C) K1 = 0.75
Tg, v = 257 K (-16C)
K2 = 0.50
T g(B) R 16 w c w 4 1 c 0 7 .0 7 .7 w 9 t5 w 5 t0 .5 2 w v 0 5 0 .5 7 w v
最新TG-热分析PPT课件
SDT Q600天平室构造图1
SDT Q600天平室构造图2
水平双杆式双天平设计构作图
内置数字式质量流量计Ｗ/内置气体自动切换装
样品盘/样品热电偶的构造
样品盘
铂金传 感器
样品支架 天平臂
热电偶
SDTQ600 热电偶主要材料是Pt,有不少材料会对Pt损害。如果类似的样品测试 比较多，会引起热电偶失效。
下图是天然橡胶(NB)和乙丙橡胶(EPDM)的二元共混物的DTG曲线。共混 物出现两个峰，分别与NR和EPDM（乙丙橡胶）的峰的位置相对应。由
此可利用峰高或峰面积计算出二元共混物的组成含量。
实验条件为试样质量为
曲线AB段为一平台，表示试
10.8mg，升温速率为
样在室温至45℃间无失重。
10℃/min，采用静态空气， 故mo=10.8mg。曲线BC为
(1) 简单的相同条件比较法 即TG曲线中可以明显看出失重最剧烈的温度， 即可由此对比热稳定性。
几种高聚物的TG曲线 1:聚氯乙烯 2:聚甲基丙烯酸甲酯 3:聚乙烯 4:聚四氟乙烯 5:聚酰亚胺
(2) 关键温度表示法
B点是TG曲线下降段最大斜率处
的切线与基线的交点。点B处外推起
始温度的重复性最好，所以常采用
在铝坩埚中进行
第一台阶，失重为mo-
m1=1.55mg，求得质量损失
曲率线=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1.6mg，求得质量损
失率
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
TG-热分析
一 什么是热分析？
2024版年度热分析技术专题课件
主要由加热炉、温度控制系统、记录系统等部分组成，用于进行差热分析实验。
2024/2/3
热重分析仪
主要由天平、加热炉、温度控制系统、气氛控制系统和数据采集与处理系统等部分组成，用 于进行热重分析实验。
扫描量热仪
主要由量热计、温度控制系统、功率补偿系统和数据采集与处理系统等部分组成，用于进行 扫描量热实验。这些设备都是进行热分析实验的重要工具，它们的精度和性能直接影响到实 验结果的准确性和可靠性。
25
智能化和自动化发展趋势
智能化控制
通过引入人工智能、机 器学习等技术，实现热 分析仪器的智能化控制， 提高分析效率和准确性。
2024/2/3
自动化样品处理
采用机器人、自动化样 品处理系统等，实现样 品的自动进样、称重、 加热等操作，减少人工 干预，提高分析效率。
数据自动处理
通过引入数据处理软件， 实现数据的自动采集、 处理和分析，提高数据 处理效率和准确性。
通过动态力学分析（DMA）研究塑料材料在不同温度下的力学 性能和阻尼特性。
17
橡胶材料性能评估
硫化特性分析
利用热分析技术研究橡胶的硫化过程，确定最 佳硫化温度和时间。
热氧老化性能
通过热氧老化试验评估橡胶材料的耐热氧老化 性能，预测材料的使用寿命。
2024/2/3
低温性能评估
利用低温热分析技术评估橡胶材料在低温环境下的性能表现。
9
扫描量热法
原理
01
在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与
温度的关系，以表征物质的热性质。
应用
02
研究物质的比热容、相变潜热、反应热等热力学性质，
以及物质的玻璃化转变、结晶、熔融等过程。
特点
2024/2/3
热重分析仪
主要由天平、加热炉、温度控制系统、气氛控制系统和数据采集与处理系统等部分组成，用 于进行热重分析实验。
扫描量热仪
主要由量热计、温度控制系统、功率补偿系统和数据采集与处理系统等部分组成，用于进行 扫描量热实验。这些设备都是进行热分析实验的重要工具，它们的精度和性能直接影响到实 验结果的准确性和可靠性。
25
智能化和自动化发展趋势
智能化控制
通过引入人工智能、机 器学习等技术，实现热 分析仪器的智能化控制， 提高分析效率和准确性。
2024/2/3
自动化样品处理
采用机器人、自动化样 品处理系统等，实现样 品的自动进样、称重、 加热等操作，减少人工 干预，提高分析效率。
数据自动处理
通过引入数据处理软件， 实现数据的自动采集、 处理和分析，提高数据 处理效率和准确性。
通过动态力学分析（DMA）研究塑料材料在不同温度下的力学 性能和阻尼特性。
17
橡胶材料性能评估
硫化特性分析
利用热分析技术研究橡胶的硫化过程，确定最 佳硫化温度和时间。
热氧老化性能
通过热氧老化试验评估橡胶材料的耐热氧老化 性能，预测材料的使用寿命。
2024/2/3
低温性能评估
利用低温热分析技术评估橡胶材料在低温环境下的性能表现。
9
扫描量热法
原理
01
在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与
温度的关系，以表征物质的热性质。
应用
02
研究物质的比热容、相变潜热、反应热等热力学性质，
以及物质的玻璃化转变、结晶、熔融等过程。
特点
热分析技术 (Thermal Analysis)ppt课件
体积收缩过程是一级过程： 即排出速率与待排出自由体积分数成正比：
ddVt1Vt V1
Vt-V1
V0、V1分为T0、T1下的平衡体积
1 为速率常数
精选ppt
V0 T0 Vt V1 T1
17
ddVt1Vt V1
dVVt V1
dt
dV dt
Vt V1
lnV(t
V)Vt V1 1 V0V1
t
t 0
0.10
0.05
0.00 –120 –110 –100 –90 –80 –70 –60
Tem精p选erpaptture (C)
–50 –40
38
低vinyl (8.5 %wt) 与高vinyl (40.5 %wt) SSBR 完全相容，只 有一个Tg ，但可以从峰加宽与峰位移判断是共混物。
Heat Flow (W/g)
K为两种均聚物热胀系数之比
精选ppt
32
wii(Tg - Tg i) = 0
三组分体系
w11(Tg - Tg1) + w22(Tg - Tg2) + w33(Tg - Tg3) = 0
Tg (w11 + w22 + w33 ) = w11Tg1 + w22Tg2+ w33Tg3
Tg
w11Tg1 w22Tg2 w33Tg3 w11 w22 w33
热分析 (Thermal Analysis)
1. 概述 2. 示差扫描量热法 (DSC) 3. 热重分析 (TG)
精选ppt
1
第一章 热分析技术的概述
一、热分析的定义
1 9 7 7 年 在 日 本 京 都 召 开 的 国 际 热 分 析 协 会 ( ICTA, International Conference on Thermal Analysis)第七次会议所下的 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 度之间关系的一类技术。
ddVt1Vt V1
Vt-V1
V0、V1分为T0、T1下的平衡体积
1 为速率常数
精选ppt
V0 T0 Vt V1 T1
17
ddVt1Vt V1
dVVt V1
dt
dV dt
Vt V1
lnV(t
V)Vt V1 1 V0V1
t
t 0
0.10
0.05
0.00 –120 –110 –100 –90 –80 –70 –60
Tem精p选erpaptture (C)
–50 –40
38
低vinyl (8.5 %wt) 与高vinyl (40.5 %wt) SSBR 完全相容，只 有一个Tg ，但可以从峰加宽与峰位移判断是共混物。
Heat Flow (W/g)
K为两种均聚物热胀系数之比
精选ppt
32
wii(Tg - Tg i) = 0
三组分体系
w11(Tg - Tg1) + w22(Tg - Tg2) + w33(Tg - Tg3) = 0
Tg (w11 + w22 + w33 ) = w11Tg1 + w22Tg2+ w33Tg3
Tg
w11Tg1 w22Tg2 w33Tg3 w11 w22 w33
热分析 (Thermal Analysis)
1. 概述 2. 示差扫描量热法 (DSC) 3. 热重分析 (TG)
精选ppt
1
第一章 热分析技术的概述
一、热分析的定义
1 9 7 7 年 在 日 本 京 都 召 开 的 国 际 热 分 析 协 会 ( ICTA, International Conference on Thermal Analysis)第七次会议所下的 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 度之间关系的一类技术。
材料测试-热重分析TG课件
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，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
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
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
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，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
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
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
热分析ppt课件
29
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
30
1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
30
1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
DSC-TGA谱图综合解析ppt课件
dt dT
k(T ) Aexp( E ) RT
Kissinger方程
固化模型：n级反应和自催化反应类型
n级反应：
d k(T )(1 )n
dt
自催化反应：
f ( ) (k1 k2 m )(1 )n
m和n为反应级数，k1和k2是具有不同活化能和指前因子的反应速率常
lnβ/Tp2
lnβ
3.2 -9.4
3.0
-9.6
2.8
-9.8
2.6
-10.0
2.4
-10.2
2.2
-10.4 -10.6
y=13.797-12.009x R=0.99834
2.0
1.8
y=28.235-13.01357x
R=0.99862
-10.8
1.92 1.94 1.96 1.98 2.00 2.02 2.04 2.06
d(ln )
d(1/Tp )
Ea,k nR
2Tp
利用了DSC曲线的峰值温度TP与升温速率β的关系，当E/(nR)>>2Tp， 作lnβ-1/Tp线性回归，得斜率为-E/(nR)，从而可以计算出反应级数。
固化体系动态DSC曲线分析
exo
Heat Flow(W/g)
0.2
案例2 PP的低聚物含量与热稳定性
研究目的： 1. PP热失重过程与机理 2. 稳定剂的作用
等温TG。160 C：降0.3wt%后稳定。 190C ，线性发展。外推得低聚
物含量：w1, w2, …随温度升高。表明失重有两种机理： (1)低聚物，快 降；(2)高聚物，线性
Weight (wt%)
k(T ) Aexp( E ) RT
Kissinger方程
固化模型：n级反应和自催化反应类型
n级反应：
d k(T )(1 )n
dt
自催化反应：
f ( ) (k1 k2 m )(1 )n
m和n为反应级数，k1和k2是具有不同活化能和指前因子的反应速率常
lnβ/Tp2
lnβ
3.2 -9.4
3.0
-9.6
2.8
-9.8
2.6
-10.0
2.4
-10.2
2.2
-10.4 -10.6
y=13.797-12.009x R=0.99834
2.0
1.8
y=28.235-13.01357x
R=0.99862
-10.8
1.92 1.94 1.96 1.98 2.00 2.02 2.04 2.06
d(ln )
d(1/Tp )
Ea,k nR
2Tp
利用了DSC曲线的峰值温度TP与升温速率β的关系，当E/(nR)>>2Tp， 作lnβ-1/Tp线性回归，得斜率为-E/(nR)，从而可以计算出反应级数。
固化体系动态DSC曲线分析
exo
Heat Flow(W/g)
0.2
案例2 PP的低聚物含量与热稳定性
研究目的： 1. PP热失重过程与机理 2. 稳定剂的作用
等温TG。160 C：降0.3wt%后稳定。 190C ，线性发展。外推得低聚
物含量：w1, w2, …随温度升高。表明失重有两种机理： (1)低聚物，快 降；(2)高聚物，线性
Weight (wt%)
热重分析法ppt课件
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
理研究 新化合物的发现
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
DTG与DTA/DSC曲线具有可比性 DTA/DSC的信息要比DTG多一些
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
常见转变在热重曲线上的反映
样品品质 -固体 -结晶 -半结晶
-无定形 -半结晶
回零式（闭环式）热天平
近代电子微量天平大多采用回零式 精度要比偏移式的高 当试样质量变化而发生偏移时，用自动方式加到 天平上一个与试样质量变化相等并相反的回复力( 或力矩)，使天平回到原始的平衡位置，即所谓的 回零式
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
2.5 热天平的工作方式
按天平的工作方式（测定质量方式）可分为 偏移式(或称开环式)和回零式(或称闭环式) 偏移式天平 试样质量的大小直接与天平的偏移量成正比 。偏移量的大小通常由位移传感器转变成电 压信号，经放大后通过计算机采集、显示或 打印下来 早期的热天平大多采用偏移式天平结构
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
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
理研究 新化合物的发现
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
DTG与DTA/DSC曲线具有可比性 DTA/DSC的信息要比DTG多一些
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
常见转变在热重曲线上的反映
样品品质 -固体 -结晶 -半结晶
-无定形 -半结晶
回零式（闭环式）热天平
近代电子微量天平大多采用回零式 精度要比偏移式的高 当试样质量变化而发生偏移时，用自动方式加到 天平上一个与试样质量变化相等并相反的回复力( 或力矩)，使天平回到原始的平衡位置，即所谓的 回零式
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
2.5 热天平的工作方式
按天平的工作方式（测定质量方式）可分为 偏移式(或称开环式)和回零式(或称闭环式) 偏移式天平 试样质量的大小直接与天平的偏移量成正比 。偏移量的大小通常由位移传感器转变成电 压信号，经放大后通过计算机采集、显示或 打印下来 早期的热天平大多采用偏移式天平结构
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
热分析PPT课件
热力学基础知识
热力学系统
研究对象，与周围环境有能量和 物质交换的体系
状态函数
描述系统状态的物理量，如温度、 压力、体积等
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用， 表达式为ΔU=Q+W
热力学第二定律
热量不可能自发地从低温物体传 到高温物体，表达为ΔS≥0
热分析方法分类与特点
差热分析（DTA）
在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温 度变化的技术
06
热分析技术在材料科学中应用
材料性能表征与评估
热重分析（TGA）
通过测量材料在升温过程中的质量变化，研究其热稳定性、分解温 度、氧化稳定性等。
差热分析（DTA）
记录样品与参比物之间的温度差随温度变化的曲线，用于研究材料 的热效应、相变、反应动力学等。
差示扫描量热法（DSC）
测量样品与参比物之间的功率差随温度变化的曲线，用于研究材料 的熔点、结晶度、玻璃化转变温度等。
材料相变过程研究
01
相变温度的确定
通过热分析方法确定材料的固固相变、固-液相变、液-气相变 等相变温度。
02
相变动力学研究
03
相变机理探讨
研究材料在相变过程中的动力学 行为，如相变速率、相变活化能 等。
结合热分析数据与其他表征手段， 探讨材料相变的机理和影响因素。
材料老化、失效预测和寿命评估
热氧化稳定性评估
数据处理
将实验数据导入计算机，利用相关软件进行数据处理和 分析，如绘制热机械曲线、计算热膨胀系数等。
应用实例及优缺点分析
应用实例
研究材料的热稳定性、热膨胀性、相变等。
优点
可测量物质在宽温度范围内的热机械性能，提供丰富 的信息；实验操作简单，结果可靠。
TGAPPT课件
2020/3/28
23
2020/3/28
2
三 TGA原理 热重法：是在程序温度控制下测量试样的质量
随温度变化的一种方法。这些变化可以给出材料热 稳定性以及组份的 丰富信息，通常在曲线上表示为 毫克的变化，或更多地表现为起始重量变化的百分 比。
2020/3/28
7
四 开始实验
• 选择坩埚类型和材料。 • 去除空样品坩埚的皮重。 • 将样品装入坩埚中。 • 通过 TA 控制器输入实验信息，其中包括样 品信息和仪器信息。 • 开始实验。
2020/3/28
21
挥发份的分析： 用TGA评估吸附水、结合水和挥发组分也非常
容易。下图是带结晶水的碳酸氢钙3步失重过程。
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22
添加剂的作用 下图比较了添加阻燃剂对聚碳酸酯PC耐温性能
的影响。添加阻燃剂的PC，分解温度比未改性PC 低20-25℃。在分解阶段，改性材料也比标准材料 在选定的温度（如460℃）下的失重要多（如：48 ％比28％）。这表明阻燃剂的添加反而加速了聚碳 酸酯的分 解。但是阻燃 剂的作用应该 是防止火焰传 播。
2020/3/28
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14
五 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。
2020/3/28
10
加载样品
按如下方法将样品加载到 TGA 炉子中： 1. 将样品放在样品坩埚中，然后将坩埚放置在样
第2章 热重分析技术 TGA(DTG)(完整版)
W
在程序控温下测量样品的
质量变化速度与温度关系
的技术。 Derivative
Thermogravimetry, DTG
dW/dT = f（T或t）
dW/dT 或 dW/dt 微熵热重曲线
T 27
2.4.3 微熵热重分析
在同一次热重分析过程，可以同时得到热重曲线和微 熵热重曲线。常采用双坐标格式表示。
图14 P.Chevenard（法国）
17
2.3.8 微熵热重法的提出
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。
图15 热重-微熵热重曲线
18
2.3.9 联用技术的发展
图16 热重-差热分析联用仪
1955-1958年L.Erdey 等 发明了可同时记录热重 、微熵热重、差热曲线 的联用多谱仪。有效拓 宽了热重分析技术的应 用范围。
升温速度； 记录速度或走纸速度； 炉内气氛； 量程（灵敏度）选择；
样品用量； 样品装填； 样品性质；
45
2.7.3 测试影响因素
（1）样品用量
样品用量过多，导 致传热和挥发物挥 发速度变慢，导致 相邻失重转变靠近 。因此，在灵敏度 许可的范围，样品 量尽可能少，一般 5-10 mg。
TB：失重速率为零；
DTG曲线
TC：失重速率最大；
失重质量：
A
B
TB ( dW )dT
TA dT
T
32
2.6 仪器结构及工作原理
2.6.1 零位式热重分析仪（结构示意）
图22 零位式热重分析仪结构示意图
33
2.6.2 零位式热重分析仪（结构组成）
材料研究方法-第五章热分析PPT课件
9
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
第2章 热重分析技术 TGA(DTG)
45
样品因素
2.7.3 测试影响因素
（1）样品用量
样品用量过多，导 致传热和挥发物挥 发速度变慢，导致 相邻失重转变靠近 。因此，在灵敏度 许可的范围，样品 量尽可能少，一般 5-10 mg。
46
2.7.3 测试影响因素
（2）样品的细度、装填方式
样品的细度、装填 紧密程度对传热及 挥发物的挥发有影 响，从而会影响热 重曲线形状及转变 温度。一般要求样 品细致均匀，装填 成均匀的薄层。
Temperature ( C)
图19 热重曲线图
25
2.4.3 微熵热重分析
在热重分析的基础上，通过对样品的重量信息进行微
分换算，最终可得到重量变化速度随温度的关系。
请点击以下链接观看动画演示
/class_ clcsjs/EveDjPlay.asp?dj_id=832
称重准确度 称重精确度 称重灵敏度 基线漂移度 恒温准确度 是否联用
1200 to 35 oC < 10 min；
+/- 0.1%； +/- 0.01%； < 0.1 ug； < 10 ug； +/- 1 oC； TG-MS；TG-FTIR； 42
2.7 实验方法及影响因素
2.7.1 适用的样品形态
Thermogravimetry, TG
热重曲线
Weight (%)
W = f（T或t）
Temperature(oC)
23
2.4.2 热重分析
热重曲线的横坐标通常为温度T，纵坐标通常为样品 绝对的质量或质量保持率。
6500 6250
1.05 1.00
Weight (ug)
5750 5500 5250 5000
样品因素
2.7.3 测试影响因素
（1）样品用量
样品用量过多，导 致传热和挥发物挥 发速度变慢，导致 相邻失重转变靠近 。因此，在灵敏度 许可的范围，样品 量尽可能少，一般 5-10 mg。
46
2.7.3 测试影响因素
（2）样品的细度、装填方式
样品的细度、装填 紧密程度对传热及 挥发物的挥发有影 响，从而会影响热 重曲线形状及转变 温度。一般要求样 品细致均匀，装填 成均匀的薄层。
Temperature ( C)
图19 热重曲线图
25
2.4.3 微熵热重分析
在热重分析的基础上，通过对样品的重量信息进行微
分换算，最终可得到重量变化速度随温度的关系。
请点击以下链接观看动画演示
/class_ clcsjs/EveDjPlay.asp?dj_id=832
称重准确度 称重精确度 称重灵敏度 基线漂移度 恒温准确度 是否联用
1200 to 35 oC < 10 min；
+/- 0.1%； +/- 0.01%； < 0.1 ug； < 10 ug； +/- 1 oC； TG-MS；TG-FTIR； 42
2.7 实验方法及影响因素
2.7.1 适用的样品形态
Thermogravimetry, TG
热重曲线
Weight (%)
W = f（T或t）
Temperature(oC)
23
2.4.2 热重分析
热重曲线的横坐标通常为温度T，纵坐标通常为样品 绝对的质量或质量保持率。
6500 6250
1.05 1.00
Weight (ug)
5750 5500 5250 5000
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a 过慢 b 适宜 c 过快
精品课件
22
影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
试样因素
试样用量、粒度、热性质及装填方式 等。 ——用量大，因吸、放热引起的温 度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。 ——粒度细，反应速率快，反应起 始和终止温度降低，反应区间变窄。 粒度粗则反应较慢，反应滞后。 ——装填紧密，试样颗粒间接触好， 利于热传导，但不利于扩散，要求 装填薄而均匀。
精品课件
23
5.3.5 应用
一、材料热稳定性的评价
1.热重曲线直接比较法 采用同样的试验条件 比较开始失重的温度
天平
传感器 尼及 天平复 位器
平衡锤
m 记录仪
T
热重分析仪原理精结品课构件 示意图
9
5.3.3 热重曲线
热重曲线（TG）： 记录质量变化对温度 的关系曲线，纵坐标 是质量，横坐标为温 度或时间。
微商热重曲线 （DTG）：纵坐标为 dm/dt，横坐标为温 度或时间。
5.3 热重分析
Thermogravimetric Analysis
理学院郭敏杰
精品课件
1
5.3.1 热重法的定义和分类
热重法（TG）是在温度程序控制下，测量物质质量与温度 之间的关系的技术。定量性强，分为静态法和动态法 。
注意：定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作 用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却 有表观失重。而热重法则指观测试样在受热过程中实质上 的质量变化。
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结果的准确 可靠性和重复性。为了要得到准确性和复现性好的热 重测定曲线，就必须对能影响其测定结果的各种因素 仔细分析。
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。
精品课件
16
影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
精品课件
5
热天平种类
精品课件
6
弹簧称式
精品课件
7
热重分析仪原理图
三路气体的质量流量计
试 样
热天平
精品课件
STA 449C 同步测试TG8/DSC
热天平式
天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记录仪，液氮 系统、真空系统、气体保护系统、热天平恒温系统。
加热炉
o
试
阻尼信号
程序控制系统
样
样
测热电偶
峰面积表示质量损失量
精品课件
10
TG曲线
Ti 表示起始温度，即累 积质量变化到达热天平可 以检测时的温度。
Tf表示终止温度，即累积 质量变化到达最大值时的 温度。
Tf-Ti表示反应区间，即 起始温度与终止温度的温 度间隔。曲线中ab 和cd， 即质量保持基本不变的部 分叫作平台，bc部分可称 为台阶。
动态法 ——热重分析、微商热重分析。 ——在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 ——微商热重分析又称导数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称DTG。
精品课件
3
STA 449C 同步测试TG/DSC
精品课件
4
5.3.2热重分析仪的结构
热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记录仪。
精品课件
17
影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
实验因素 （1）升温速率
——升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度 偏高，甚至不利于中间产物的测出 。
（2）炉内气氛
——与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
（3）走纸速度
——走纸速度快，分辨率高
精品课件
18
升温速率
——升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度偏高， 甚至不利于中间产物的测出 。
精品课件
19
快慢
五水硫酸铜的TG（a）和DTG（b）曲线
精品课件
20
气氛控制 ——与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
精品课件
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纸速 ——升温速率0.5-10℃/min时，走纸速度15-30cm/h
仪器因素
（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
（3）温度测量的影响 ——解决方案：利用具特征分解温度
的高纯化合物或具特征居里点温度的强 磁性材料进行温度标定。
选择合适的升温速率（实验过程）。 ——升温速率的选择，以保证基线平稳为原则。 ——试样于某温度下的质量变化，在仪器灵敏度范 围内，应以能得到质量变化明显的热重曲线为宜。
精品课件
14
热重分析实验程序 （1）、试样的预处理、称量及装填
试样应预先磨细，过100-300目筛及干燥。称量是热重分析最基 本的数据，应该精确，试样越少对称量的要求越高。准确称量后 的试样，装入坩埚中，其装填方式如差热分析试样的情况。
居里点也称居里温度或磁性转变点，是指材料可以在铁磁 体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺 电相的相变温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体， 此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点温度 时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的 改变而改变。
精品课件
2
静态法：等压质量变化测定、等温质量变化测定。 ——等压质量变化测定：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：在恒温条件下测量物质质量与温 度关系的一种方法。 ——准确度高，费时。
（2）、升温速率的选择
升温速率的选择，以保证基线平稳为原则。同时试样于某温度下 的质量变化，在仪器灵敏度范围内，应以能得到质量变化明显的 热重曲线为宜。
（3）、启动电源开关接通电炉电源。
（4）、选定走纸速度，开动记录仪开关。
（5）、实验完毕后，先关记录仪开关，再切断电源。
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5.3.4 影响TG曲线的因素
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微商热重法DTG
峰面积表示质量损失量
TG与DTG曲线比较
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TG曲线与DTG曲线
图 钙、锶、钡水合草酸盐的TG曲线与DTG曲线 （a）DTG曲线；（b）TG曲线
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试样制备方法
试样预磨：100－300目筛，干燥、称量。
装填方法同DTA法。（以少为原则2-5mg，不超过 10mg ） ——装填要求：薄而均匀 ——试样和参比物的装填情况一致
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影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
试样因素
试样用量、粒度、热性质及装填方式 等。 ——用量大，因吸、放热引起的温 度偏差大，且不利于热扩散和热传 递。 ——粒度细，反应速率快，反应起 始和终止温度降低，反应区间变窄。 粒度粗则反应较慢，反应滞后。 ——装填紧密，试样颗粒间接触好， 利于热传导，但不利于扩散，要求 装填薄而均匀。
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5.3.5 应用
一、材料热稳定性的评价
1.热重曲线直接比较法 采用同样的试验条件 比较开始失重的温度
天平
传感器 尼及 天平复 位器
平衡锤
m 记录仪
T
热重分析仪原理精结品课构件 示意图
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5.3.3 热重曲线
热重曲线（TG）： 记录质量变化对温度 的关系曲线，纵坐标 是质量，横坐标为温 度或时间。
微商热重曲线 （DTG）：纵坐标为 dm/dt，横坐标为温 度或时间。
5.3 热重分析
Thermogravimetric Analysis
理学院郭敏杰
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5.3.1 热重法的定义和分类
热重法（TG）是在温度程序控制下，测量物质质量与温度 之间的关系的技术。定量性强，分为静态法和动态法 。
注意：定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作 用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却 有表观失重。而热重法则指观测试样在受热过程中实质上 的质量变化。
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结果的准确 可靠性和重复性。为了要得到准确性和复现性好的热 重测定曲线，就必须对能影响其测定结果的各种因素 仔细分析。
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。
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影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
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热天平种类
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弹簧称式
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热重分析仪原理图
三路气体的质量流量计
试 样
热天平
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STA 449C 同步测试TG8/DSC
热天平式
天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记录仪，液氮 系统、真空系统、气体保护系统、热天平恒温系统。
加热炉
o
试
阻尼信号
程序控制系统
样
样
测热电偶
峰面积表示质量损失量
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TG曲线
Ti 表示起始温度，即累 积质量变化到达热天平可 以检测时的温度。
Tf表示终止温度，即累积 质量变化到达最大值时的 温度。
Tf-Ti表示反应区间，即 起始温度与终止温度的温 度间隔。曲线中ab 和cd， 即质量保持基本不变的部 分叫作平台，bc部分可称 为台阶。
动态法 ——热重分析、微商热重分析。 ——在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。 ——微商热重分析又称导数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称DTG。
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STA 449C 同步测试TG/DSC
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5.3.2热重分析仪的结构
热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记录仪。
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影响热重曲线的因素：仪器因素，实验因素，试样因素
实验因素 （1）升温速率
——升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度 偏高，甚至不利于中间产物的测出 。
（2）炉内气氛
——与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
（3）走纸速度
——走纸速度快，分辨率高
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升温速率
——升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度偏高， 甚至不利于中间产物的测出 。
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快慢
五水硫酸铜的TG（a）和DTG（b）曲线
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气氛控制 ——与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
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纸速 ——升温速率0.5-10℃/min时，走纸速度15-30cm/h
仪器因素
（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
（3）温度测量的影响 ——解决方案：利用具特征分解温度
的高纯化合物或具特征居里点温度的强 磁性材料进行温度标定。
选择合适的升温速率（实验过程）。 ——升温速率的选择，以保证基线平稳为原则。 ——试样于某温度下的质量变化，在仪器灵敏度范 围内，应以能得到质量变化明显的热重曲线为宜。
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热重分析实验程序 （1）、试样的预处理、称量及装填
试样应预先磨细，过100-300目筛及干燥。称量是热重分析最基 本的数据，应该精确，试样越少对称量的要求越高。准确称量后 的试样，装入坩埚中，其装填方式如差热分析试样的情况。
居里点也称居里温度或磁性转变点，是指材料可以在铁磁 体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺 电相的相变温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体， 此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点温度 时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的 改变而改变。
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静态法：等压质量变化测定、等温质量变化测定。 ——等压质量变化测定：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：在恒温条件下测量物质质量与温 度关系的一种方法。 ——准确度高，费时。
（2）、升温速率的选择
升温速率的选择，以保证基线平稳为原则。同时试样于某温度下 的质量变化，在仪器灵敏度范围内，应以能得到质量变化明显的 热重曲线为宜。
（3）、启动电源开关接通电炉电源。
（4）、选定走纸速度，开动记录仪开关。
（5）、实验完毕后，先关记录仪开关，再切断电源。
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5.3.4 影响TG曲线的因素
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微商热重法DTG
峰面积表示质量损失量
TG与DTG曲线比较
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TG曲线与DTG曲线
图 钙、锶、钡水合草酸盐的TG曲线与DTG曲线 （a）DTG曲线；（b）TG曲线
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试样制备方法
试样预磨：100－300目筛，干燥、称量。
装填方法同DTA法。（以少为原则2-5mg，不超过 10mg ） ——装填要求：薄而均匀 ——试样和参比物的装填情况一致