热重分析原理及方法讲解

2021/4/5
15
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。
2021/4/5
16
热天平测量原理
2021/4/5
17
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（光敏三极管） 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。
✓ 纵坐标是质量（从上向下表示质量减少） ，横 坐标为温度或时间。
2021/4/5
11
微商热重曲线（DTG曲线）
✓从 热 重 法 可 派 生 出 微 商 热 重 （ Derivative Thermogravimetry ） , 它是TG曲线对温度（或时间）的一 阶导数。
✓纵坐标为dW/dt ✓ 横坐标为温度或时间
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。
2021/4/5
3
发展史
➢ 热分析起始于1887午，德国人H.Lechatelier 用一个热电偶插入受热粘土试样中，测量粘土 的热变化；所记录的数据并不是试样和参比物 之间的温度差。
2021/4/5
18
➢设 试 样 质 量 为 m ， 则 其 所 受 重 力 为 F1=mg，而线圈中电流I在磁场作用下对 磁铁的作用力为：F2= nBI (n为线圈匝 数，B为磁场强度)，天平平衡时，
2021/4/5
8ห้องสมุดไป่ตู้
热分析的应用类型
成份分析：无机物、有机物、药物和高聚 物的鉴别和分析以及它们的相图研究。 稳定性测定：物质的热稳定性、抗氧化性 能的测定等。 化学反应的研究：比如固-气反应研究、 催化性能测定、反应动力学研究、反应热 测定、相变和结晶过程研究。
2021/4/5
9
热重法 （Thermogravimetry TG )
➢ 1899 年 ， 英 国 人 Roberts 和 Austen 改 良 了 Lechatelier装置，采用两个热电偶反相连接， 采用差热分析的方法研究钢铁等金属材料。直 接记录样品和参比物之间的温差随时间变化规 律；首次采用示差热电偶记录试样与参比物间 产生的温度差．这即目前广泛应用的差热分析 法的原始模型。
2021/4/5
12
DTG曲线
2021/4/5
13
TG特点
➢定量性强，能准确地测量物质的质量变化及 变化的速率，不管引起这种变化的是化学的 还是物理的。
2021/4/5
14
基本原理
➢ TG与DTG的测量都要依靠热天平，主要介绍热天平 及热重测量的原理。
➢ 热天平是实现热重测量技术而制作的仪器，它是在 普通分析天平基础上发展起来的，具有一些特殊要 求的精密仪器：（1）程序控温系统及加热炉，炉 子的热辐射和磁场对热重测量的影响尽可能小；（ 2）高精度的重量与温度测量及记录系统；（3）能 满足在各种气氛和真空中进行测量的要求；（4） 能与其它热分析方法联用。
➢ 研究物理变化（如晶型转变、熔融、升华、 吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和 还原等）。
➢ 范围：无机物（金属、矿物、陶瓷材料等） →有机物、高聚物、药物、络合物、液晶和 生物高分子等。
➢ 应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、 陶瓷、建材、生物化学、药物、地球化学、 航天、石油、煤炭、环保、考古、食品等。
2021/4/5
6
ICTA对热分析技术的分类
物理 性质
分析技术名称
1.质量 1）热重法
2）等压质量变化 测定
3)逸出气体检测 4)逸出气体分析 5)放射热分析
6)热微粒分析 2.温度 7)加热曲线测定
8)差热分析
2021/4/5
简称 物理性质 分析技术名称 简称
TG 3.热焓 4.尺寸
9)差示扫描量热法 10)热膨胀法
DSC
EGD 5.力学特性 11)热机械分析
TMA
EGA
12)动态热机械分析 DMA
6.声学特性 13)热发声法
14)热声学法
7.光学特性 15)热光学法
DTA 8.电学特性 16)热电学法
9.磁学特性 17)热磁学法
7
应用
➢ 在上述热分析技术中，热重法、差热分析以 及差示扫描量热法应用的最为广泛。
定义：在程序控制温度下，测量物质质量与 温度关系的一种技术。
m = f(T)
是使用最多、最广泛的热分析技术。 类型： 两种 ✓ 1.等温（或静态）热重法：恒温 ✓ 2.非等温（或动态）热重法：程序升温
2021/4/5
10
热重曲线（TG曲线）
✓ 由TG实验获得的曲线。记录质量变化对温度 的关系曲线。
2021/4/5
4
➢ 1915年日本的本多光太郎提出了“热天平”概 念并设计了世界上第一台热天平（热重分析） ；测定了MnSO4.4H2O等无机化合物的热分解 反应。
➢ 二十年代，差热分析在粘土、矿物和硅酸盐的 研究中使用得比较普遍。从热分析总的发展来 看，四十年代以前是比较缓慢的．例如热天平 直到四十年代后期才用于无机重量分析和广泛 应用于煤炭高温裂解反应。
材料分析与检测 热失重分析(TG)
DMA研究生
1
主要参考书目
❖ 热分析，李余增，清华大学出版社
❖ 现代仪器分析，杜廷发，国防科技 大学出版社
❖ 热分析及其应用，陈镜泓，科学出 版社
❖ 材料结构表征及应用，吴刚，化学 工业出版社
2021/4/5
2
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
➢ 20世纪40年代末商业化电子管式差热分析仪问 世 ， 60 年 代 又 实 现 了 微 量 化 。 1964 年 ， Watson和O’Neill等人提出了“差示扫描量热 ”的概念，进而发展成为差示扫描量热技术， 使得热分析技术不断发展和壮大。
2021/4/5
5
分类
➢热分析方法的种类是多种多样的，根据ICTA 的归纳和分类，目前的热分析方法共分为9类 17种。