材料测试 热重分析TG..
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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）
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
Baidu Nhomakorabea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
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
0 100 200 300
120 100
Weight Loss [%]
了国际热分析协会。
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
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
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
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
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
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
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
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；
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。
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）
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。
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）
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
Baidu Nhomakorabea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
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
0 100 200 300
120 100
Weight Loss [%]
了国际热分析协会。
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
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
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
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
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
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
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
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；
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。
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）
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。