材料测试 热重分析TG
文库发布：热重分析tg
•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。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
1. 聚合物热稳定性的评价 2. 聚合物组成的剖析 3. 研究聚合物固化 4. 研究聚合物中添加剂的作用 5. 研究聚合物的降解反应动力学
活化能 气体常数
反应级数 失重率
ln[ d ] ln A1 n E
dT
RT
在多个升温速率下，给定失重率，以
作图，斜率为活化能E，截距为
ln[
d
dT
]
1 RT
ln A1 n
ln A1 n ln A n ln(1 )
以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A
第六章 热重分析 Thermal Gravimetric Analysis
TGA
第六章 热重分析 (TGA)
6.1 热分析简介 6.2 TG基本原理 6.3 TG实验技术 6.4 TG在聚合物材料中的应用
6.1 热分析简介
现代热分析技术指在程序控温下，测量物质的物理
性质随温度变化的一类技术。
通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化， 来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变 化等。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
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。
• 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。
tg测定原理
tg测定原理
TG测定（热重分析）原理是利用样品在加热过程中质量的变化来测定样品的热性质和热稳定性。
TG测定的基本原理是将待测样品放置在称量精确的样品盘中，通过加热样品盘使样品温度升高，并同时测量样品的质量的变化。
在加热过程中，当样品发生热分解、失重或反应时，样品质量将发生变化。
通过记录样品质量随时间或温度的变化曲线，可以推断出样品的热性质、热分解温度、失重量等信息。
TG测定的实验装置主要包括样品盘、温度控制系统和质量测量系统。
样品盘通常由耐高温的材料制成，可以承受高温下的加热和样品质量变化。
温度控制系统通过加热器和温度传感器控制样品的加热过程，确保样品温度的稳定和准确。
质量测量系统一般采用电子天平或质量传感器来测量样品质量的变化。
根据样品质量随时间或温度的变化曲线，可以分析出样品的热失重特性，即样品在加热过程中发生的热分解、蒸发、氧化等反应。
通过对比不同样品的TG曲线，还可以比较样品的热稳定性和热分解温度。
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
材料测试-热重分析TG课件
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
材料的热失重分析(TGA)
材料的热失重分析(TGA)一、实验目的：1、了解热重分析实验原理、仪器结构及基本特点；2、了解同步热分析仪的应用；3、选用五水硫酸铜为样品，运用同步热分析仪对样品进行热失重分析二、实验原理：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。
三、实验仪器和材料实验仪器：STA8000，美国PE公司生产实验材料：五水硫酸铜四、实验步骤：1.检查氮气钢瓶内剩余压力是否大于2 MPa，如果总压力小于2 MPa时建议更换新的氮气钢瓶以防止残余气体中水分等杂质气体对实验结果产生负面影响；2.打开氮气钢瓶总压力阀，并调节减压阀压力小于等于2.0bar；3.打开STA 8000的制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；4.打开STA 8000主机电源，等待20分钟以便仪器稳定；5.打开电脑主机，双击打开Pyris控制软件进入主控界面；6.设置STA样品温度至室温，如25度（具体为：在Go To Temp按钮下的输入框内键入目标温度值，然后单击Go To Temp按钮）；7.放入左右两个空陶瓷样品皿，点击Zero Weight按钮扣除皮重；8.将样品放入扣除皮重后的陶瓷样品皿中，重新放入STA 8000样品支架左边样品端，点击Sample Weight按钮称取样品重量；9.在Pyris软件的方法编辑窗口设置好测试方法；10.点击开始测试按钮，并切换软件界面至监视窗口，等待实验结束；11.拷贝数据并处理数据；12.将陶瓷样品皿从炉膛中取出并丢弃至指定位置（取样品皿时请确认样品温度已降至50度以下，陶瓷样品统一回收并采用高温灼烧方法清洗）；13.检查STA 8000炉膛的污染情况，如污染较为严重，请适时灼烧炉体或做相应清洗工作；14.关闭STA主控Pyris软件；15.关闭STA 主机电源；16.关闭STA制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；17.关闭氮气钢瓶总压力阀，减压阀可保持常开状态（如果预见长时间不用STA仪器，请同时关闭总压力阀和减压阀）；18.做好仪器使用登记工作，以备后续查阅。
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
TFT：指薄膜晶体管，即每个液高速度、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
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。
现代材料分析测试技术 热重法TG
根据Flynn-Wall-Ozawa方程，在给定转化率时，升 温速率与热力学温度之间的关系式为
lg 0.4567( Ea / RT ) 常数
A ( Ea / RT )exp( Ea / RT )
16.3.6热分析联用技术
最常见的联用技术是TG-DSC（或DTA）联用
同步热分析仪 STA449C Jupiter®
分解反应： 固－固反应： 气－固反应： 固或液转化为气：
A固 B固＋C气 A固＋B固 C固＋D气 A固＋B气 C固 A固或B液 C气
注意
实际上的TG曲线并非是一些理想的平台和迅速下降的 区间连续而成，常常在平台部分也有下降的趋势，可 能原因有： （1）这个化合物通过重结晶或用其它溶剂进行过处理， 本身含有吸附水或溶剂，因此减重； （2）高分子试样中的溶剂，未聚合的单体和低沸点的增 塑剂的挥发等，也造成减重。 可用以下方法消除上述影响： （1）无机化合物在较低温度下干燥，如采用硅胶、五氧 化二磷干燥剂，把吸湿水去掉。 （2）可控温下的真空抽吸，把单体及低沸点的增塑剂、 挥发物分离出来。
W W1 失重率＝ 0 100% W0
W1
16.3.2组成的分析
⑵无机填料 在树脂分解后仍然残留； 先在氮气中加热到600℃， 改通空气，继续加热到700℃
聚四氟乙烯的TG曲线
16.3.2组成的分析
2. 共聚物和共混物的组成分析
乙烯－乙酸乙烯酯共聚物： 每摩尔乙酸乙烯单元释放 1mol乙酸 EPDM/NR共混物：用TG法研究共混物时，
16.2实验技术
16.2.2仪器因素的影响 1.震动
办法：严格防震
2.浮力
办法：做空白实验（空载热重实验），画出校正曲线
《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。
热重分析TG
自六十年代开始，热重法在研究高聚物性质上已 获得大量应用。这方面的研究工作不仅在应用上
而且在高聚物理论上都有很大价值。所涉及的研
究工作大致有下列几个方面：
测定高聚物的热稳定性、热稳定性与结构和构
型的关系以及添加剂对高聚物性质的影响。
高聚物热降解过程和机理。 高聚物的降解动力学。
近三十年来，高聚物的发展是惊人的，特别是，
图9 测定聚氯乙稀中增塑剂DOP
在含有发泡剂的高聚物中，通常可根据发泡剂分 解出的氮气量来测定发泡剂的含量，但是利用热 重法更简便。含发泡剂量不同的低密度聚乙烯泡 沫塑料的热重曲线具有明显的差别，如图10所示。 实验时，在氮气气流中试样以100℃/min的升温 速率加热到180℃，促进发泡过程的进行。然后， 用5℃/min的升温速率从180℃缓慢加热到210℃， 以保证气体在聚乙烯降解前从熔融的试样中扩散 出来。
IPDT(。 C ) = 875 KA+25 (2-32)
TA 875A 25
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
高 聚 聚苯乙烯 物 积分程序分解温度℃ 395
顺式丁烯二酸酐固化的环氧树脂
有机玻璃 尼龙-66
405
树脂
555 410 460 505
积分程序分解温度是衡量高聚物热稳定性的一种指标， 是一种具有实用价值和通用性的指标。 Happey[42] 采 用积分程序分解温度法测定了纤维的 IPDT 值，并以此 对比了各种天然和合成的纤维材料的热稳定性。
质质量变化与温度的关系。
一般认为等温法比较准确，但由于比较费事，目 前采用得较少。Sorensen提出准等温法，即在接 近等温条件下研究反应的进行过程，该法的优点 是： 可精确测定反应温度； 相近的反应易于分开； 在一次扫描过程中可测出每个中间反应的动力学 数据。 因此，准等温法要比等温法简便，因为通常等温 法需要在较宽温度范围内进行实验。 在热重法中非等温法最为简便，所以采用得最多。 本章将主要讨论非等温热重法。
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
热分析技术简介—TG
实验中的影响因素
升温速度的影响
分解反应随升温速率的加快而移向高温区； 分解反应随升温速率的加快而移向高温区； 分解速度随升温速率加快而增大。 分解速度随升温速率加快而增大。 一般要求以较慢的升温速率为宜。（中间产物信息） 一般要求以较慢的升温速率为宜。（中间产物信息） 。（中间产物信息 升温速度过慢耗时。（一般选5 升温速度过慢耗时。（一般选5-20℃/min) 。（一般选
热分析技术简介— 热分析技术简介— 热重分析仪（TG） 热重分析仪（TG）
高分子材料分析测试中心 刘吉文
热分析
国际热分析协会（ICTA）热分析定义： 在程序控制温度下， 在程序控制温度下，测量物质的物理性质与 温度关系的一种技术。 温度关系的一种技术。
ICTA 热分析方法
ＴＧ
Thermogravimetry
气氛的影响
一般使用惰性气体，如Ｎ2，He等； 研究氧化降解使用空气； 空气切换惰性气体时应需要较长排空时间； 气体流速恒定（保护气10ml/min，吹扫气 20ml/min）。
仪器操作注意事项
1. 用力过大，造成样品支架不可挽救的损坏； 用力过大，造成样品支架不可挽救的损坏； 2. 可升华的固体尽量避免； 可升华的固体尽量避免； 3. 热降解期间会产生大量炭黑的样品应避免； 热降解期间会产生大量炭黑的样品应避免； 4. 腐蚀性样品，特别是酸应避免，测试必须用Pt坩 腐蚀性样品，特别是酸应避免，测试必须用 坩 埚。 5. 样品量一般不低于 样品量一般不低于1mg。 。
TG应用举例 TG应用举例
分解温度 热稳定性 脱水、 脱水、脱酸 组分分析 分解动力学 TG功能扩展 功能扩展
分解温度
TG /% 100
Onset: 393.6 °C
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
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
0.8
树脂样品的玻璃化转变
[1] 0.6
0.4
0.2
玻璃化转变: 起始点: 53.8 ℃ 中点: 57.9 ℃ 终止点: 62.0 ℃ 比热变化*: 0.421 J/(g*K)
0 40 50 60 温度 /℃ 70 80 90 100
在无定形聚合物由玻璃态转变为高弹态的过程中，伴随着比 热变化，在 DSC 曲线上体现为基线高度的变化，由此可得到 材料的玻璃化转变温度。
satisfy a Hume–Rothery stabilization rule
How to discover it？
During systematic exploration of the Na–Au–Ga system
Thank you
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
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
TG(DTG) 检测待测物与 样品的不同 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
热重分析法TG
TG曲线失重量表示方法及曲线图：
增重量表示方法及曲线图：
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,还需比较 失重速率
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 ％,TG
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。
热重曲线纵坐标表示重量 mg ,向下表示重 量减少,向上表示重量增加；横坐标表示温 度T〔℃或K ,有时也可用时间t,从左向右表 示T 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 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。
四、影响TG数据的因素
绝对偏差 %
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
热重分析法 TG
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：
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。
10-热重分析TG
如果TG曲线的下降段切线不好划时，可用其它方 法确定。如：美国ASTM规定把5%与50%两点的 直线与基线的延长线的交点定义为分解温度；国 际标准局（ISO）规定，把失重20%和50%两点的 直线与基线的交点定义为分解温度。
2. TG曲线失重量表示方法
如图13-5所示， A点到B点温度失重率为：
又能消除TG曲线存在整个变化过程的各阶段变化 互相衔接而不易分开的毛病，以DTG峰的最大值 为界把热失重阶段分成两部分，区分各个反应阶 段，这是DTG的最大好处。
另外，如果把DTG和DTA的同一样品谱图进行比 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就办不到这一点。
13. 3
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。
左边部分为程序控温 部分，使试样严格按 设定升温速率线性升 温。 右边为天平检测部分， 包括积分器、记录仪 等。
13.2
实 验 技 术
一、试 样 量 和 试 样 皿
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。
应用的基本原理
应 用
高分子材料受热破坏时： 直接分解成单体 先从侧链脱掉低分子，然后主链破坏，炭化 分解破坏为分子碎片
质量下降
一、聚合物热稳定性的评价
评价聚合物热稳定性最简单、 方便的方法，是做不同材料的 TG曲线并划在一张图上比较。 如图13-7测定了五种聚合物的 热重曲线，由图可知，PMMA、 PE、PTFE都可以完全分解， 但热稳定性依次增加。PVC稳 定性较差，第一步失重阶段是 脱HCl，发生在200～300℃， 脱HCl后分子内形成共轭双键， 热稳定性提高（TG）曲线下降 缓慢），
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反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
100
G
80
60
40
20
C
0 0 100 200
Tp
300 400
H
500 600 700 800
Ti
Ti：起始反应温度； Tf：反应终了温度；
Temperature [℃ ]
Tf
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。
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）
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
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。
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
分析，从而推断出反应机理。
方法和技术的多样性
热分析分类 加热 热量变化 重量变化 长度变化 物 质
DTA
TG
DSC
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）
粘弹性变化
气体发生 冷却
热传导
其 他
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。
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
热重法定义（Thermogravimetry，TG）
80
水分
TG
60 40
变化率，dW/dT 或 dW/dt。
DTG
20
0 400 500 600 700 800
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
Temperature [℃ ]
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
重的次数.
峰的面积与试验对应的质量变化成正
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：
热天平的基本构造:
记录天平
加热炉(室温-1000℃)
程序控温系统
记录仪
热 天 平 的 结 构
光源 反射镜
热电偶
炉
记录系统
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：样品重量变化所引起的天平位移量转化成
其中，P是物质的一种物理量；
T是物质的温度。
程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、 循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函 数： T＝φ ( t ) 其中t是时间。 即 P＝f（T或t）
热分析存在的客观物质基础
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。
电磁量，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。
6.2.2热重图谱解析
TG曲线表示加热过程中样
140
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
可 燃 烧 物
0 100 200国际热分析协会。
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
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。
其数学表达式为：P＝f（T）
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。
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
一 阶 导 数 [%.min -1 ]
A B
Weight Loss [%]
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