热重分析原理及方法概要共56页
(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。
热重分析法的原理及其应用
热重分析法的原理及其应用1. 简介热重分析法 (Thermogravimetric Analysis, TGA) 是一种重要的热分析技术，广泛应用于材料科学、化学、制药、食品、环境等领域。
通过测量样品在升温条件下失重的情况，可以分析样品的热性质、组成、分解行为、热稳定性等参数，为材料研究和质量控制提供重要的参考数据。
2. 原理热重分析法的原理基于样品在升温条件下的质量变化，主要通过测量样品的失重曲线来分析样品的热性质和分解行为。
2.1 实验装置热重分析实验通常使用热重分析仪进行，其基本组成包括热重秤、样品盘、加热器、温度控制系统和质量检测系统等。
2.2 实验步骤1.将待测样品放置在样品盘上，并记录样品的初始质量。
2.将样品盘放置在热重秤上，并将整个装置放入热重分析仪中。
3.设置升温程序和实验参数，如升温速率、起始温度和终止温度等。
4.开始实验，热重分析仪会根据设定的程序升温，并记录样品的质量变化。
5.实验结束后，得到样品的失重曲线图，可以根据曲线图进行数据分析。
2.3 数据分析通过分析失重曲线，可以获取以下信息：•质量损失情况：根据失重曲线的斜率和曲线的形态可以判断样品的质量损失情况，如是否有固定的失重阶段、失重速率等。
•分解温度：可以根据失重曲线上的温度峰值确定样品的分解温度，这是样品发生化学反应的温度范围。
•分解产物：失重曲线的特征包括不同的“台阶”，每个“台阶”对应不同的分解产物，可以分析样品的分解产物和分解机理。
•热稳定性：通过分析失重曲线的持续时间和失重量可以评估样品的热稳定性，用于判断材料的应用范围和安全性。
3. 应用热重分析法在许多领域都有广泛的应用。
3.1 材料学热重分析可以用于评估材料的热稳定性、热分解温度和分解产物。
这对于材料的研发、改性和应用具有重要意义。
例如，通过热重分析可以确定聚合材料的热稳定性，对于制造高温环境下工作的电子器件非常重要。
3.2 化学反应热重分析可以用于研究化学物质的热分解反应和催化反应。
第四节热重分析
✓ 样品用量多时，样品内部形成的温度梯度大，表面达 到分解温度后而样品内部还要经较长时间才能达到分解 温度，这种现象对导热性差的高分子试样尤其明显。
✓ 样品粒度对TG曲线的影响与DTA用量的影响相似， 粒度越小，反应表面越大，反应更易进行，反应速度也 越快，TG曲线的Ti和Tf都低，反应区间也窄。所以尽 量用小颗粒试样。
（一） 仪器方面的影响 （二） 操作条件 （三）试样因素 仪器方面的影响 • 浮力及对流的影响 ✓ 任何物体在空中都要受周围气氛对它的影响，浮
力大小与周围气氛的密度及温度、物体本身的体积有
关。
✓ 重量没有发生变化的情况下，由于温度升高样品好
象增重了主要是周围气体受热不均导致较重气体下移，
形成对流，产生表观增重。
第四节 热重分析
热重分析基本原理 热重曲线解析 TG/DTG曲线的应用 影响热重曲线的因素
基本原理:
热重法是在程序控 制温度下, 连续测量试 样的质量随温度或时间 变化的一种技术。
这种技术常应用于 物质的分解、升华、蒸 发、氧化、还原、吸附 和脱附等伴随有质量变 化的过程。
原理方框图如右所示：
TG失重曲线的处理和计算
TG-5% TG-10%
起始分解温度
外延起始温度 TG-50% 终止温度 外延终止温度
微分热重法(DTG)
TG的衍生技术, 即是由TG曲线对温度或时间进 行微分而得到的曲线。在TG曲线上质量变化的 每一个阶梯，在相应的DTG曲线上是以对应的 峰的形式出现。
影响热重曲线的因素
✓ 热分析用的样品池和样品吊兰(包括吊丝)的 材料要求对试样、中间产物、最终产物和周围气 氛都是惰性的，即不能有反应活性也不能有催化 活性。
热重分析的原理
热重分析的原理
热重分析是一种通过加热样品并测量其质量变化来研究样品性质的分析方法。
它可以用于研究材料的热稳定性、吸附、脱附、氧化、分解和化学反应等。
热重分析的原理基于样品在升温过程中发生质量变化的基本规律，通过对这些质量变化的监测和分析，可以得到样品的热学性质、化学性质和物理性质等重要信息。
热重分析的基本原理是利用热天平仪器对样品进行加热，并测量样品的质量随
温度变化的情况。
在加热过程中，样品会发生吸附、脱附、分解、氧化等反应，从而导致质量的变化。
通过监测样品质量的变化，可以得到样品在不同温度下的热学性质和化学性质。
热重分析的原理可以用于研究材料的热稳定性。
在升温过程中，如果样品发生
分解、氧化等反应，会导致质量的减少；而吸附反应则会导致质量的增加。
通过监测样品质量的变化，可以确定样品的热稳定性，为材料的应用提供重要参考。
此外，热重分析的原理也可以用于研究材料的吸附、脱附等性质。
在升温过程中，样品会发生吸附、脱附等反应，从而导致质量的变化。
通过监测样品质量的变化，可以得到样品的吸附、脱附等性质，为材料的表面性质研究提供重要信息。
总之，热重分析的原理是通过监测样品在加热过程中的质量变化，来研究样品
的热学性质、化学性质和物理性质。
这种分析方法简单、快速、准确，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
希望本文对热重分析的原理有所帮助，谢谢阅读。
《热重分析法TGA》课件
热重分析法可以用于物质的热稳定性以及其他相关性质的研究，是当前热分 析领域中最为普及的实验方法之一。
热重分析的原理和定义
热重分析就是利用样品在加热条件下质量的变化情况来研究材料的性质。主要用于探究材料在高温和氧化条件下 的热稳定性和降解性，以及其他相关的物理和化学性质。
热重分析仪的组成和工作原理
热重分析在实验中的操作步骤和注意事项
选择样品
样品应该随机选取以保证分 析结果的可靠性。同时，需 要根据实验需要来决定样品 的形态和质量。
制备样品
样品的制备需要根据实验需 要来决定。例如，如果需要 分析样品的热稳定性，则需 要制备纯净的样品。如果需 要研究样品的热分解机理， 则可以选择研磨或压缩样品。
热重分析仪通常由天平、加热炉和控温系统等部分组 成。当样品放置在热重分析仪中进行加热时，控温系 统可以记录样品失重的情况。通过对不同温度下的质 量变化进行分析，可以了解样品的热稳定性和降解性 失重数据的分析，可以得出多个数据结论。例 如，失重曲线图可以通过样品在不同温度下失重的趋 势发现不同的失重阶段以及相应的材料性质。除此之 外，还可以根据温度程序和气氛条件来推断样品的组 成、化学反应以及热分解动力学常数等信息。
材料科学
热重分析能够探究材料的热稳定 性、降解、光、热等性质，为材 料科学的研究提供有力支持。
质量控制
热重分析在医药、化工、电子、 新能源等领域的应用较为广泛， 实现根据热稳定性选择合适的物 料。
环境保护
环境科学中，热重分析用于研究 有机物的热分解机理，以及热解 过程中的异味、毒性等问题，为 环境保护工作提供有力手段。
热重分析的优势和局限性
优势
• 不需要理论模型，可直观得出样品的热分解 规律。
热重分析原理及方法概要58页PPT
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯不 容忽视 的。— —爱献 生
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
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。
《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。
热重分析法ppt课件
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
热重分析
第三节 热重分析 样品池和样品吊兰材料的影响
试样容器可以由多种材质制成，如铂、银、镍、铝等 金属和石英、刚玉、玻璃等无机材料。它们适用的温 度范围不同，导热和热辐射也有所不同。 热分析用的样品池和样品吊兰(包括吊丝)的材料要求 对试样、中间产物、最终产物和周围气氛都是惰性的， 即不能有反应活性也不能有催化活性。
典型热重曲线
第三节 热重分析 微分热重法(Fra bibliotekTG)TG的衍生技术, 即是由TG曲线对温度或时间进行 微分而得到的曲线。在TG曲线上质量变化的每一个 阶梯，在相应的DTG曲线上是以对应的峰的形式出 现。
第三节 热重分析
TG/DTG曲线的应用:
确定化合物热分解或蒸发温区
烟酸(Nicotinic acid )的TG/DTG曲线 烟酸 的 曲线
第三节 热重分析
确定化合物的结晶水含量和化合物的热分解机理
CaC2O4⋅H2O的TG/DTG曲线 的 曲线
第三节 热重分析 影响热重曲线的因素
浮力的影响
任何物体在空中都要受周围气氛对它的影响，浮力大小与周围气 氛的密度及温度、物体本身的体积有关。 重量没有发生变化的情况下，由于温度升高样品好象增重了，这 种现象称表观增重。 浮力的影响最好实际测定，其方法是在样品池内放一定重量的αAl203(DTA的参考物)升温到1000℃，由所测的TG曲线就可求得各 温度下的表观增重量。作试样时把表观增重扣除，即得实际重量 变化值。
第三节 热重分析 升温速率的影响
升温速率对TG曲线影响最大。升温速率越大温度滞 后越严重，开始分解温度Ti和终止分解温度Tf偏高， 反应区间也变宽。 一般进行热重测定不采用太高的升温速率，对传热 差的高分子试样，一般用于10oC/分。对无机物、金 属试样用10-20oC/分。作动力学实验时还要低一些
热重分析
Freeman-Carrol法、Coats-Redfern法、Zivkovic法和AcharBrindley-Sharp-Wendworth法均以非等温、非均相体系动力 学方程为基础。按动力学方程形式，可将动力学分析方法 分为积分法和微分法。Freeman-Carrol法和Achar-BrindleySharp-Wendworth法属于微分法，Coats-Redfern法和 Zivkovic法属于积分法。微分法不涉及难解的温度积分带 来的误差，但微商热重曲线影响因素复杂，而积分法存在 数学上无解析解及由此提出的各种近似方法的误差。 Freeman-Carrol法和Coats-Redfern法是较为常用热解的动力 学分析方法，前者有其方法本身固有的不稳定性，不能直 接用于计算指前因子，但能较准确地计算活化能；后者把 热解反应看作单一反应，求解的是整个过程活化能的平均 值。Zivkovic法只能粗略地估算反应活化能，AcharBrindley-Sharp-Wendworth法对实验数据较为敏感。
热重分析
热重分析基本原理 热重曲线解析
非等温热重法研究反应动力学
基本原理:
热重法是在程序温度 控制下, 连续测量试样 的质量随温度或时间变 化的一种技术。这种技 术常应用于物质的分解、 升华、蒸发、氧化、还 原、吸附和脱附等伴随 有质量变化的过程。原 理方框图如右所示：
热重曲线的解析 平台(Plateau), AB和CD段 起始温度(Ti) 终止温度(Tf) 反应区间(BC段), 从Ti到Tf 的 温度间隔 阶梯(Step), BB’段 (a).阶梯位置 -重量变化温区 (b).阶梯高度 - 重量变化大小 (c).阶梯斜度 -重量变化或反 应速率
合并（1-1）、（1-2）、（1-4）式，并考虑到（1-3） 式所表达的含义，便可以得到： (1-5) dα A E A E n = exp − (1 − α) = exp − f(α)
热重分析原理及方法介绍
整理课件 15
例：含有一个结晶水的草酸钙的TG曲线和DTG 曲线
✓CaC2O4·H2O→CaC2O4+H2O （100-200℃，失重量12.5% ）
✓CaC2O4→CaCO3+CO （400-500℃，失重量18.5%）
✓CaCO3→CaO+CO2 （600-800℃，失重量30.5% ）
整理课件 16
整理课件 13
✓AB段：热重基线 ✓B点：Ti 起始温度 ✓C点：Tf 终止温度 ✓D 点 ： Te 外 推 起 始 温 度 ， 外 推 基 线 与 TG 线 最 大 斜 率 切线交点。
DTG曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个 重量变化阶段。
整理课件 14
DTG曲线的优点
➢最能大准反确应反速映率出温起度始T反e和应Tf温。度Ti， ➢更能清楚地区分相继发生的热 重 变 化 反 应 ， 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（dm/dt）数据。 ➢DTG与DTA(差热分析）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。
材料分析与检测 热失重分析(TG)
整理课件 1
热分析概述
定义
热分析是在程序控制温度下，测量物质的 物理性质与温度关系的一类技术。国际热分 析协会ICTA （International Confederation for Thermal Analysis)
所谓“程序控制温度”是指用固定的速率 加热或冷却，所谓“物理性质”则包括物质 的质量、温度、热焓、尺寸、机械、电学及 磁学性质等。