材料测试-热重分析TG上课讲义
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(完整word版)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 ）微量天平计算机温度程序器试样和坩埚炉子图2-1 热天平方块图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。
热重分析法(TG)ppt课件
热重分析法（TG）
硕研09-6 隋鹏
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1
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。
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最新版整理ppt
10
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
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11
在比较热稳定性时，除了失重的温度外，还需 比较失重速率
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12
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
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13
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 乙酸的失重 乙酸乙烯 绝对偏差 (%，化学 （％，TG） （％，TG） （%）
分析)
4.3
3.2
4.6
8.3
5.8
8.3
11.2
7.6
10.9
14.9
10.2
14.6
27.1
18.9
27.1
31.1
21.7
31.1
最新版整理ppt
0.3 0.0 0.3 0.3 0.0 0.0
14
The End
谢谢观看
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15
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4
三、热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 （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。
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。
硕研09-6 隋鹏
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1
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。
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10
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
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11
在比较热稳定性时，除了失重的温度外，还需 比较失重速率
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12
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
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13
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 乙酸的失重 乙酸乙烯 绝对偏差 (%，化学 （％，TG） （％，TG） （%）
分析)
4.3
3.2
4.6
8.3
5.8
8.3
11.2
7.6
10.9
14.9
10.2
14.6
27.1
18.9
27.1
31.1
21.7
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14
The End
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4
三、热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 （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。
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TGAPPT课件
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
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。
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
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC) ppt课件
of the first Na-containing i-QC, i-Na13Au12Ga15,
which belongs to the Bergman type but has an
extremely low valence electron-to-atom (e/a)
value of 1.75
PPT课件
800
1000
1200
140 780
180 205
1030
450
PPT课件Tຫໍສະໝຸດ ℃10差热分析法（DTA）
参比物：在测量温度范围 内不发生任何热效应的物 质，如-Al2O3、MgO等。
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
PPT课件
11
差示扫描量热法
PPT课件
21
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
PPT课件
22
略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
PPT课件
23
贰
PPT课件
24
《应用化学》（德语：Angewandte Chemie） 每周出版一期 由德国化学会出版，由约翰威立公司发行。
PPT课件
25
主要内容
we report the discovery and characterizations
课件：热重分析
4.2 热重分析
一 定义
热重分析（TG） （Thermogravimetry Analysis） ——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。
——定量性强 。
二 基本原理
对试样的质量随以恒定速度变化的温 度或在等温条件下随时间变化而发生的 改变量进行测量的一种动态技术。
利用加热或冷却过程中物质质量变化 的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
热天平
热天平一般是根据质量的变化引 起天平梁倾斜来测定的，而测量 的方法通常用零位法。
零位法：
当由于质量变化引起天平梁倾斜时， 利用电磁作用力使天平梁重新恢复到原 来的平衡位置，所施加的力与质量变化 成正比，这个电磁力，其大小和方向可 通过调节转换机构线圈中的电流来实 现，而天平的平衡状态则可用差动变压 器或光电系统来检测和显示。
在程序温度（升／
降／恒温及其组合） Furnace
过程中，由天平连续 测量样品质量的变化, 并将数据传递到计算 机中对时间(或)温度 进行作图，即得到热 重曲线。
Sample
Ba la nc e
热天平的主要组成部分
（1）加热炉； （2）程序控温系统；
(3）可连续称量样品质量的天平； (4）记录系统。
通常随着升温速度的减慢，TG曲线所 反映出来的分解温度也有所降低。
常用升温速度: 5℃/min； 10℃/min； 15℃/min； 20℃/min。
3 试样用量的影响:
在仪器的灵敏度范围内，试样的用量应尽可能 的少，因为试样量多时会使热传导变差而影响分 析结果。
4 粒度的影响:
粒度对热传导及气体扩散有较大的影响。 不同的 试样粒度可导致气体产物扩散作用的较大差异， 引起 反应速度及TG曲线形状的变化。
一 定义
热重分析（TG） （Thermogravimetry Analysis） ——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。
——定量性强 。
二 基本原理
对试样的质量随以恒定速度变化的温 度或在等温条件下随时间变化而发生的 改变量进行测量的一种动态技术。
利用加热或冷却过程中物质质量变化 的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
热天平
热天平一般是根据质量的变化引 起天平梁倾斜来测定的，而测量 的方法通常用零位法。
零位法：
当由于质量变化引起天平梁倾斜时， 利用电磁作用力使天平梁重新恢复到原 来的平衡位置，所施加的力与质量变化 成正比，这个电磁力，其大小和方向可 通过调节转换机构线圈中的电流来实 现，而天平的平衡状态则可用差动变压 器或光电系统来检测和显示。
在程序温度（升／
降／恒温及其组合） Furnace
过程中，由天平连续 测量样品质量的变化, 并将数据传递到计算 机中对时间(或)温度 进行作图，即得到热 重曲线。
Sample
Ba la nc e
热天平的主要组成部分
（1）加热炉； （2）程序控温系统；
(3）可连续称量样品质量的天平； (4）记录系统。
通常随着升温速度的减慢，TG曲线所 反映出来的分解温度也有所降低。
常用升温速度: 5℃/min； 10℃/min； 15℃/min； 20℃/min。
3 试样用量的影响:
在仪器的灵敏度范围内，试样的用量应尽可能 的少，因为试样量多时会使热传导变差而影响分 析结果。
4 粒度的影响:
粒度对热传导及气体扩散有较大的影响。 不同的 试样粒度可导致气体产物扩散作用的较大差异， 引起 反应速度及TG曲线形状的变化。
第8章热重分析TGDTGDSCppt课件
率点切线与基线延长线的交点(G)。
37
Sichuan University
9.1 基本原理
2019/11/1 38
Sichuan University
9.2 差热曲线方程
为了对差热曲线进行理论上的分析，从60年 代起就开始进行分析探讨，但由于考虑的影 响因素太多，以致于所建立的理论模型十分 复杂，难以使用。
热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
7
Sichuan University
1、热重分析仪 „„热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记 录仪。
8
Sichuan University
热天平种类
9
Sichuan University
„„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。 准确度高，费时。 „„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 微商热重分析又称导数
2019/11/1 43
Sichuan University
o-a之间是DTA基线形成过程
2019/11/1 44
Sichuan University
此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ
T
CR
CS K
1
exp
K cs
t
(9 1)
当t足够大时，可得基线的位置:
37
Sichuan University
9.1 基本原理
2019/11/1 38
Sichuan University
9.2 差热曲线方程
为了对差热曲线进行理论上的分析，从60年 代起就开始进行分析探讨，但由于考虑的影 响因素太多，以致于所建立的理论模型十分 复杂，难以使用。
热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
7
Sichuan University
1、热重分析仪 „„热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记 录仪。
8
Sichuan University
热天平种类
9
Sichuan University
„„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。 准确度高，费时。 „„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 微商热重分析又称导数
2019/11/1 43
Sichuan University
o-a之间是DTA基线形成过程
2019/11/1 44
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此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ
T
CR
CS K
1
exp
K cs
t
(9 1)
当t足够大时，可得基线的位置:
PPT精品文档---第8章 热重分析 TG DTG DSC
2019/2/15
35
DTA曲线术语
典型的DTA曲线
2019/2/15 36
基线：ΔT近似于0的区段(AB,DE段)。 峰：离开基线后又返回基线的区段 (如BCD)。 吸热峰、放热峰 峰宽：离开基线后又返回基线之间的 温度间隔(或时间间隔)(B’D’)。 峰高：垂直于温度(或时间)轴的峰顶 到内切基线之距离(CF)。 峰面积：峰与内切基线所围之面积 (BCDB)。 外推起始点(出峰点)：峰前沿最大斜 率点切线与基线延长线的交点(G)。
• 阻燃剂在聚合物中有特殊效果，阻燃剂的种类和用量选择 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。
无机阻燃 剂
5. 研究聚合物的降解反应动力学
• 降解反应动力学是研究材料降解的速度随时间、温度的变 化关系，最终求出活化能、反应级数并对该反应机理进行解 释。 •活化能是材料发生分解所需的临界能量，活化能越高，材料 的热稳定性越好。
利用酚醛树脂固化过程中 生成水，测定脱水失重量 最多的固化温度，其固化 程度最佳。
4. 研究聚合物中添加剂的作用
• 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。 增塑剂
• 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。
发泡剂
可获得适宜的成型温度条件，即发泡剂开始分解的温度。
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。 准确度高，费时。 „ „ 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 微商热重分析又称导 数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称 ，简称DTG DTG)。
热重分析仪(TGA)ppt课件
45
微商曲线(DTG)表示和意义
DTG
质量变化 Dw/dt
TG
T/゜C
重量的变化率与温度（时间）的函数关系。
DTG是峰形曲线，可精确反映出样品T起、 T，T终；
DTG曲线峰面积与样品对应的重量变化成正比。
可将热失重阶段分成不同部分，区分各反应阶段。
46
六、材料热稳定性的评价方法
➢ 热重曲线直接比较法 将几种材料的TG曲线叠加到同一张图纸上，进行直观的比较
一、 热重法（ TG） 热重法是在程序控制温度下，测量物质重量与温度关系的一 种技术。
二、差示扫描量热法（ DSC ） 差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输给待测物质和 参比物的能量差与温度 ( 或时间 ) 关系的一种技术。
三、差热分析法（ DTA ） 差热分析法是在程序控制温度下，测量待测物质和参比物之 间的温度差与温度 ( 或时间 ) 关系的一种技术。
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
22
TGA举例3：
30℃-60℃可能是因 为有机溶剂引起的 失重，例如乙醇等。
150℃和300℃是样 品的分部分解引起
结果：试样质量不变时，随温度升高，试样增重——表观增重
28
➢ 什么是浮力效应？
自浮 动力 扣效 除应
的 修 正 ： 基 线 的 测 试 与
29
TG
4.1.2 试样皿的影响
影响因素：皿的大小、材质、形状 影响原因：涉及试样的热传导和热扩散形状与表面积有关，
微商曲线(DTG)表示和意义
DTG
质量变化 Dw/dt
TG
T/゜C
重量的变化率与温度（时间）的函数关系。
DTG是峰形曲线，可精确反映出样品T起、 T，T终；
DTG曲线峰面积与样品对应的重量变化成正比。
可将热失重阶段分成不同部分，区分各反应阶段。
46
六、材料热稳定性的评价方法
➢ 热重曲线直接比较法 将几种材料的TG曲线叠加到同一张图纸上，进行直观的比较
一、 热重法（ TG） 热重法是在程序控制温度下，测量物质重量与温度关系的一 种技术。
二、差示扫描量热法（ DSC ） 差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输给待测物质和 参比物的能量差与温度 ( 或时间 ) 关系的一种技术。
三、差热分析法（ DTA ） 差热分析法是在程序控制温度下，测量待测物质和参比物之 间的温度差与温度 ( 或时间 ) 关系的一种技术。
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
22
TGA举例3：
30℃-60℃可能是因 为有机溶剂引起的 失重，例如乙醇等。
150℃和300℃是样 品的分部分解引起
结果：试样质量不变时，随温度升高，试样增重——表观增重
28
➢ 什么是浮力效应？
自浮 动力 扣效 除应
的 修 正 ： 基 线 的 测 试 与
29
TG
4.1.2 试样皿的影响
影响因素：皿的大小、材质、形状 影响原因：涉及试样的热传导和热扩散形状与表面积有关，
《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。
热重分析实验 ppt课件
脱水进行。在400℃和500℃之间失重并开始呈现第三个平台，其失重量
占试样总质量的18.5%,相当于每mol草酸钙分解出1molCO，因此这一步
的热分解应按热分解反应进行。在600℃和800℃之间失重并出现第四个
平台,其失重量占试样总质量的30％,正好相当于每mol草酸钙分解出
1molCO2,因此这一步的热分解应按热分解反应进行。可见借助热重曲线
24
热重分析实验
可推断反应机理及产物。
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
图为典型的DSC-TGA的同步测量曲线,
在加热过程中,同时测量出样品的热流、重
量、温差等不同信号的变化。详细显示了
氮气条件下草酸钙的热分解过程。完整的
热重和热重微分信号定量的记录了失水过
程和高温分解过程。DSC信号跟踪记录出
样品测杯和参照测杯)。
6.通过TA/DSC控制器输入实验和过程信息,其中包
括样品信息和仪器信息。
7.关闭炉子。
8.开始实验。
热重分析实验
29
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
9.停止实验
如果由于某种原因,需要终止实验,可随时通过按
下触摸屏上的STOP键或通过仪器控制软件选择
停止来中止实验。另一种能停止实验的功能是拒
横坐标,自左至右表示温度(或时间)增加。
热重分析实验
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
占试样总质量的18.5%,相当于每mol草酸钙分解出1molCO，因此这一步
的热分解应按热分解反应进行。在600℃和800℃之间失重并出现第四个
平台,其失重量占试样总质量的30％,正好相当于每mol草酸钙分解出
1molCO2,因此这一步的热分解应按热分解反应进行。可见借助热重曲线
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热重分析实验
可推断反应机理及产物。
SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
图为典型的DSC-TGA的同步测量曲线,
在加热过程中,同时测量出样品的热流、重
量、温差等不同信号的变化。详细显示了
氮气条件下草酸钙的热分解过程。完整的
热重和热重微分信号定量的记录了失水过
程和高温分解过程。DSC信号跟踪记录出
样品测杯和参照测杯)。
6.通过TA/DSC控制器输入实验和过程信息,其中包
括样品信息和仪器信息。
7.关闭炉子。
8.开始实验。
热重分析实验
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SDT Q600 综合热分析仪
－结构与原理
9.停止实验
如果由于某种原因,需要终止实验,可随时通过按
下触摸屏上的STOP键或通过仪器控制软件选择
停止来中止实验。另一种能停止实验的功能是拒
横坐标,自左至右表示温度(或时间)增加。
热重分析实验
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
TG 热分析ppt课件
样品质量 样品在升温过程中,通常伴有吸热或放热现象。样品用量大，
因吸放热引起的温度偏差大，使温度偏离线性程序升温,改变了TG曲线位 置并且不利于热扩散和热传递。样品量越大,这种影响越大。对于受热产生 气体的样品,样品量越大,气体越不易扩散。再则,样品量大时,样品内温度梯 度也大,将影响TG曲线位置。因此实验时应根据天平的灵敏度,尽量减小样 品量。一般6-10mg合适。
四 影响TGA实验结果的因素
1 仪器因素,包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材 料等。 升温速率 升温速率高会使样品分解温度明显升高。如升温太快,试样来不及
达到平衡，会使反应各阶段分不开。热滞后越严重，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 。 合适的升温速率为5－10℃/min。
将一个空坩埚放到参照平台上（如果参比坩埚未被污染，可重复使用），
另一个空坩埚放到样品平台上。（若有上一次测试的样品坩埚，请先取出）。
按FURNACE键关闭炉子后，等待10秒钟以上，让天平平稳后，TARE，
将空坩埚重量置零。
按FURNACE键打开炉子，将保护盘旋转到样品平台下。
取下样品坩埚，放在实验台干净的台面上(最好铺张干净的纸)，将样品加入
13
载气和冷却气接口
最新编辑ppt
14
专用的单独反应性气体通道
最新编辑ppt
15
单独反应性气体进口
最新编辑ppt
16
三 热重曲线（TG曲线）
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dW/dt，横坐标为温度或时 间。
最新编辑ppt
17
四 热重的具体应用
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熔化和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熔化和升华等物理化学变化而出现质量变化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分数随着物质的结构及组成而异因而可利用物质的热重曲线来研究物质因而可利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程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
因吸放热引起的温度偏差大，使温度偏离线性程序升温,改变了TG曲线位 置并且不利于热扩散和热传递。样品量越大,这种影响越大。对于受热产生 气体的样品,样品量越大,气体越不易扩散。再则,样品量大时,样品内温度梯 度也大,将影响TG曲线位置。因此实验时应根据天平的灵敏度,尽量减小样 品量。一般6-10mg合适。
四 影响TGA实验结果的因素
1 仪器因素,包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材 料等。 升温速率 升温速率高会使样品分解温度明显升高。如升温太快,试样来不及
达到平衡，会使反应各阶段分不开。热滞后越严重，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 。 合适的升温速率为5－10℃/min。
将一个空坩埚放到参照平台上（如果参比坩埚未被污染，可重复使用），
另一个空坩埚放到样品平台上。（若有上一次测试的样品坩埚，请先取出）。
按FURNACE键关闭炉子后，等待10秒钟以上，让天平平稳后，TARE，
将空坩埚重量置零。
按FURNACE键打开炉子，将保护盘旋转到样品平台下。
取下样品坩埚，放在实验台干净的台面上(最好铺张干净的纸)，将样品加入
13
载气和冷却气接口
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14
专用的单独反应性气体通道
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15
单独反应性气体进口
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16
三 热重曲线（TG曲线）
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dW/dt，横坐标为温度或时 间。
最新编辑ppt
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四 热重的具体应用
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熔化和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熔化和升华等物理化学变化而出现质量变化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分数随着物质的结构及组成而异因而可利用物质的热重曲线来研究物质因而可利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程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ppt课件
得到的曲线。在TG曲线上质量变化的每一个阶梯，在相应 的DATG曲线上是以对应的峰的形式出现。
3
热重曲线分析
着火温度：先在DTG曲线上找到曲线的最低点Tf，然后过该点做 垂直于X轴的直线，交TG曲线于一点（（dw/dT）max）,过该点 做TG曲线的切线，并与TG曲线最初质量延长线交与一点，该点 即为着火点，对应的温度即为着火温度Ti，他是衡量煤粉着火特 性的重要特征温度，能够直观的反应出煤样燃烧的难以程度，煤 样开始着火后，燃烧失重曲线迅速下降。
2）气氛：在静态气氛下，反应速率随温度的 升高而增大，但是试样周围生成气体浓度 的加大遏制了反应的进行，使反应速率减 小，所以实验一般采用流动气氛，将反应 生成的气体及时带走，利于反应顺畅的进 行，以获得重复性较好的实验结果
9
三、样品用量、粒度和装置情况的影响
1）样品用量合适。 2）样品粒度对TG曲线的影响与DTA用量的 影响相似。所以尽量用小颗粒试样。 3）样品的装填首先要求粒度均匀。
温度的变化会导致气体密度的变化，随着温度 的上升，试样周围的气体密度下降，浮力降低， 这样虽然试样重量没有发生变化，但是试样似 乎在增重，这种现象称为表观增重.（△W）。 表观增重可用下列公式计算：
△W=vd（1-273/T） 式中：d为试样周围气体在273K时的密度，V为 加热区支持器和支撑杆的体积。
10
热重-质谱联用技术
将热重与质谱仪(QMS)联用（TG—MS）， 可用于同步鉴定热分析实验过程中挥发物 或气态分解产物的具体成分，还能够对过 程中释放的气体产物进行定性的在线分析。 一方面可以获得样品的热转化重量变化特 征，同时还可以获得产物组份的逸出信息。
11
12
7
2）气体对流： 主要表现为：①炉温升高，气流上升，样 品支持器组件被向上托起，表现为失重现 象②刚开始加热时，炉壁迅速升温，炉壁 与炉膛中轴及炉顶部之间的温差迅速变大， 导致炉膛上部低温气流下降，冲击样品支 持器组件，产生表观增重现象。
3
热重曲线分析
着火温度：先在DTG曲线上找到曲线的最低点Tf，然后过该点做 垂直于X轴的直线，交TG曲线于一点（（dw/dT）max）,过该点 做TG曲线的切线，并与TG曲线最初质量延长线交与一点，该点 即为着火点，对应的温度即为着火温度Ti，他是衡量煤粉着火特 性的重要特征温度，能够直观的反应出煤样燃烧的难以程度，煤 样开始着火后，燃烧失重曲线迅速下降。
2）气氛：在静态气氛下，反应速率随温度的 升高而增大，但是试样周围生成气体浓度 的加大遏制了反应的进行，使反应速率减 小，所以实验一般采用流动气氛，将反应 生成的气体及时带走，利于反应顺畅的进 行，以获得重复性较好的实验结果
9
三、样品用量、粒度和装置情况的影响
1）样品用量合适。 2）样品粒度对TG曲线的影响与DTA用量的 影响相似。所以尽量用小颗粒试样。 3）样品的装填首先要求粒度均匀。
温度的变化会导致气体密度的变化，随着温度 的上升，试样周围的气体密度下降，浮力降低， 这样虽然试样重量没有发生变化，但是试样似 乎在增重，这种现象称为表观增重.（△W）。 表观增重可用下列公式计算：
△W=vd（1-273/T） 式中：d为试样周围气体在273K时的密度，V为 加热区支持器和支撑杆的体积。
10
热重-质谱联用技术
将热重与质谱仪(QMS)联用（TG—MS）， 可用于同步鉴定热分析实验过程中挥发物 或气态分解产物的具体成分，还能够对过 程中释放的气体产物进行定性的在线分析。 一方面可以获得样品的热转化重量变化特 征，同时还可以获得产物组份的逸出信息。
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7
2）气体对流： 主要表现为：①炉温升高，气流上升，样 品支持器组件被向上托起，表现为失重现 象②刚开始加热时，炉壁迅速升温，炉壁 与炉膛中轴及炉顶部之间的温差迅速变大， 导致炉膛上部低温气流下降，冲击样品支 持器组件，产生表观增重现象。
热重分析TGPPT参考课件
度℃
率温度℃
%/min
聚苯并噻唑
635
750
1.1
聚酰亚胺
560
78
聚苯并噁唑
550
675
聚喹喔啉
520
550
1.1 1.0
11
他们根据这些高聚物的起始失重温度和 最大失重速率温度所得的热稳定性次序 与Ehlers发表的数据并不一致。后者认 为聚苯并噁唑要比聚酰亚胺稳定得多。 通常在氦气中复杂降解机理的热重曲线 会显得更为复杂，相反地，氧化降解的 失重曲线要简单得多，因为在空气中高 聚物可100%挥发，最大失重速率要比 氦气中高3-5倍，并且在空气中最大失 重速率温度也比在氦气中高50-100℃。
6
(1) 高聚物热稳定性的评价
热重法评价高聚物的热稳定性
1. 聚苯酰胺；2. 聚碳酸酯；3. 聚苯醚；
4. 聚酰亚胺薄膜；5. 聚苯并咪唑；6. 聚砜
7
由于通常从热重曲线测得的高聚物的分解温度在很 大程度上取决于实验条件和实验方法，所以严格地 对比高聚物的热稳定性只能在相同的实验条件下进 行 。 Chiu 在 相 同 实 验 条 件 下 测 定 了 聚 氯 乙 烯 （PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、高压聚 乙烯（HPPE）、聚四氟乙烯（PTFE）和芳香聚四 酰亚胺（PI）的热重曲线，如图2所示。 根据热重曲线能够很简便地比较高聚物的热稳定性。 显然，这种对比方法只要严格控制好实验条件可以 获得比较可靠的结果。
IPDT(。C) =875KA+25
(2-32)
15
一些常见高聚物的积分程序分解温度的数据见表2。实验 结果表明由这种方法所测得的数据重复性比较好。
表2 常见高聚物的积分程序分解温度
材料测试 热重分析TG
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。
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。固体余重量为W3
根据失重量，可以计算失去了多少物质。
结晶硫酸铜分三阶段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
iii. 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。
B. 操作条件的影响
i. 升温速率的影响---TG测定影响最大的因素
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
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
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 %
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➢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；
W e ig h t L o s s [% ] -1
6.2.2热重图谱解析
W e ig h t L o s s [% ]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
可
燃
烧
DTG
0
物
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T em perature [℃ ]
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。
❖ 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。
➢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。
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。
➢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。
➢ 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。
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）。
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。
草酸钙加热反应过程：
Ⅰ CaC2O4•H2O → CaC2O4 + H2O Ⅱ CaC2O4 → CaCO3 + CO Ⅲ CaCO3 → CaO + CO2
❖ 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。
➢ 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）
➢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
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。
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。
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）：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。
❖ 热分析存在的客观物质基础
➢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。
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。
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。
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。
一 阶 导 [数% . m i ]n
G
100
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
Tem perature
[℃
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。
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；
W e ig h t L o s s [% ] -1
6.2.2热重图谱解析
W e ig h t L o s s [% ]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
可
燃
烧
DTG
0
物
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T em perature [℃ ]
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。
❖ 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。
➢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。
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。
➢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。
➢ 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。
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）。
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。
草酸钙加热反应过程：
Ⅰ CaC2O4•H2O → CaC2O4 + H2O Ⅱ CaC2O4 → CaCO3 + CO Ⅲ CaCO3 → CaO + CO2
❖ 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。
➢ 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）
➢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
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。
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。
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）：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。
❖ 热分析存在的客观物质基础
➢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。
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。
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。
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。
一 阶 导 [数% . m i ]n
G
100
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
Tem perature
[℃
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。