热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
热分析原理与测试技巧
热分析原理与测试技巧热分析是一种常见的物质分析方法，它利用物质在受热过程中吸收、释放或转化热量的特性来确定其组成成分和性质。
热分析的原理有多种，如热重分析（TGA）、热差示扫描量热分析（DSC）、差示热分析（DTA）等。
下面将分别介绍这些热分析原理及测试技巧。
热重分析（TGA）是一种测定物质在受热过程中质量的变化的方法。
TGA的原理是利用一定温度范围内物质的质量变化来判断其组分和热稳定性。
在TGA实验中，样品通常置于一定温度下的恒温炉中，通过记录样品质量的变化来研究样品的热稳定性及化学反应过程。
在进行TGA实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量，保证测得的曲线具有一定的信噪比；2）选择合适的加热速率，避免样品过快地升温或过慢地升温导致实验结果不准确；3）分析之前需要充分干燥样品，以消除水分等因素对实验结果的影响。
热差示扫描量热分析（DSC）是一种通过测量样品在受热过程中与参比品之间的温度差异来确定样品吸放热过程的方法。
DSC的原理是利用样品与参比品在相同的加热条件下的温度差异来分析材料的相变、反应活性以及物性参数。
在进行DSC实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量和参比品，保证实验结果的准确性和可靠性；2）选择合适的加热速率和测量范围，避免样品过快或过慢地升温导致实验结果不准确；3）对于吸放热峰进行适当的分析和解释，包括确定吸放热值、相变温度和反应活性等参数。
差示热分析（DTA）是一种通过测量样品和参比品在相同的加热条件下的温度差异来分析材料的相变、反应活性以及物性参数的方法。
DTA的原理是利用样品与参比品在受热过程中产生的温度差值来研究样品的相变和化学反应过程。
在进行DTA实验时，需要注意以下几点：1）选择合适的样品量和参比品，保证实验结果的准确性和可靠性；2）选择合适的加热速率和测量范围，避免样品过快或过慢地升温导致实验结果不准确；3）对于吸放热峰进行适当的分析和解释，包括确定吸放热值、相变温度和反应活性等参数。
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC)
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。
600
800
1000
1200
140 780
180 205
450
T/℃
1030
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
差示扫描量热法
程序控温下，为维持T(测量 物)=T(参比物)
热分析法
概述
热分析法（Thermal Analysis）：
基于热力学原理和物质热力学性质而建立的分析方法。
特点： 1、试样用量少（0.1-10mg） 2、适用于多种形态的试样 3、试样不需要预处理 4、操作简单
热分析仪器构成：温度控制系统、气氛控制系统、测量系统与记录系统
发展历史
19世纪末期——研究黏土和金属相图 1915年——日本的本多光太郎首先提出了热天平一词。他在天平的托盘下方放上加 热炉，连续测定试样受热时产生的质量变化。 1949年—— Vold 研制出了全自动记录的差示量热计。 1955年——美国的Boersma提出了差热分析理论和新的测量方法。
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
差热分析与示差扫描量热法的区别
差热分析与示差扫描量热法的区别
差热分析(DTA)是在程序控制温度下测定试样物质与参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。
差热分析法(DTA) 主要测量的物理参数是温度，它的温度在20～1600℃，主要应用于熔化及结晶转变、氧化还原反应、裂解反应等的分析研究、主要用于定性分析。
示差扫描量热法(DSC) 在程序控温下，测量输给试样和参比物的能量差（功率差或热流差）随温度或时间变化的一种技术。
示差扫描量热法(DSC)主要测量的物理参数是热量，它的温度在-170～725℃，分析研究范围与DTA大致相同，但能测定多种热力学和动力学参数，如比热、反应热、转变热、反应速度和高聚物结晶度等。
Ppt38页图表分析
DSC检测的是热流率dH/dT与温度的关系
试样吸热：补偿功率ΔW ＞0 ΔW=Ws –Wr（ΔT=0）
试样放热：补偿功率ΔW ＜0
①DSC曲线是以能量为单位记录反应热量的曲线。
②曲线的峰谷面积可表征吸热或放热反应焓变。
（反应热焓与DSC曲线上的峰谷面积成正比）
③DSC能直接测量等温或变温状态下的反应热，常用于热焓、熔点的测定。
④DSC测温范围常＜800ºC
对图像分析可知：
温度到达T g 时，样品吸热，发生一级转变，样品从玻璃态转变为结晶态，吸收Q s 的热量后，然后放热温度到达T c 进入结晶态，吸收Q r 的热量到达温度T m ，结晶态熔融。
然后放出热量，吸收热量到达温度T d ，物质分解气化。
热分析技术
热分析技术热分析：在程序控制温度条件下，测量材料物理性质与温度之间关系的一种技术。
从宏观性能的测试来判断材料结构的方法。
(程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。
) 热分析技术被广泛用于固态科学中，凡是与热现象有关的任何物理和化学变化都可以采取热分析方法进行研究。
如材料的固相转变、熔融、分解甚至材料的制备等。
同时，这些变化还能被定量的描绘，可以直接测量出这些变化过程中所吸收或放出的能量，如熔融热、结晶热、反应热、分解热、吸附或解吸热、比热容、活化能、转变熵、固态转变能等。
热分析技术中，热重法(TG)、差热分析（DTA）和差示扫描量热法（DSC）应用的最为广泛。
1、热重法(TG)在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法。
热重法通常有下列两种类型：等温热重法—在恒温下测量物质质量变化与时间的关系非等温热重法—在程序升温下测量物质质量变化与温度的关系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。
由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称为热重曲线(TG曲线)。
TG曲线以质量为纵坐标，从上到下表示减少，以温度或时间作横坐标，从左自右增加。
热重曲线显示了试样的绝对质量(W)随温度的恒定升高而发生的一系列变化，如图中从质量W0到W1，从W1到W2，从W2到0是三个明显的失重阶段，它们表征了试样在不同的温度范围内发生的挥发性组分的挥发以及发生的分解产物的挥发，从而可以得到试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等有关数据。
同时还可获得试样的质量变化率与温度关系曲线，即微分热重曲线(DTG曲线)，它是TG 曲线对温度的一阶导数。
以物质的质量变化速率dm/dt对温度T作图，所得的曲线。
DTG曲线的峰顶即失重速率的最大值，它与TG曲线的拐点相对应，即样品失重在TG 曲线形成的每一个拐点，在DTG曲线上都有对应的峰。
并且DTG曲线上的峰数目和TG曲线的台阶数目相等。
热分析的原理与应用
热分析的原理与应用1. 热分析的基本原理热分析是一种通过对样品在不同温度或时间条件下的物理或化学变化进行分析的方法，其基本原理包括以下几个方面：•热重分析（TG）：热重分析通过测量样品在升温过程中的质量变化来分析样品的成分和性质。
样品在升温时，其质量会随温度的变化而发生变化，这是因为样品中存在着各种物质的热分解、氧化、化合物变化等反应过程。
通过对样品质量随时间或温度的变化进行监测和分析，可以得到样品的热分解特性和成分信息。
•热差示扫描量热法（DSC）：热差示扫描量热法是一种通过测量样品在升温或降温过程中与基准物质之间的温差来分析样品热性质的方法。
样品和基准物质在温度条件下可能会发生吸热或放热反应，从而产生温差。
通过测量样品和基准物质之间的温差，可以了解样品的热容量、热变化、相变等信息。
•差热分析（DTA）：差热分析是一种通过测量样品和参比物在升温或降温过程中的温差来分析样品的性质和反应的方法。
样品和参比物在升温或降温过程中可能会发生物理或化学变化，从而产生温差。
通过测量样品和参比物之间的温差，可以推断出样品的热性质和反应特性。
2. 热分析的应用领域热分析在各个领域中有着广泛的应用，以下列举了其中的几个应用领域：•材料科学与工程：热分析可以用于材料的性能测试和品质控制。
通过热分析可以了解材料的热固化过程、热稳定性、相变行为、热膨胀系数等性质，从而指导材料的设计、工艺优化和使用条件的确定。
•环境科学：热分析可以用于环境污染物的检测和分析。
通过热分析可以了解样品中的有机和无机物质的热稳定性、燃烧特性等。
例如，使用热分析可以对废物和大气污染物中的有机物进行检测和定性分析。
•药物研发：热分析可以用于药物的研发过程中的药物稳定性测试和相变行为研究。
通过热分析可以了解药物在不同温度和湿度条件下的稳定性、热分解特性等，从而指导药物的储存和使用条件的确定。
•食品科学：热分析可以用于食品中成分和品质的分析和检测。
通过热分析可以了解食品中的蛋白质、脂肪、糖等成分的热稳定性、降解特性，从而判断食品的品质和存储条件。
热分析TG-DTA-DSC课件.
一、仪器因素 二、试样因素
仪器因素
升温速率 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。 中间产物的检测与升温速率密切相关，升温速 率快不利于中间产物的检出，因为 TG 曲线上 拐点变得不明显，而慢的升温速率可得到明确 的实验结果。 热重测量中的升温速率不宜太快，一般以0.56℃/min为宜。
现代分析测试技术
第二章 热分析
•热重分析 •差热分析 •差示扫描量热法
热分析的分类
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。 三、 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。
热分析的应用类型
1. 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。 2. 稳定性测定：物质的热稳定性、抗氧 化性能的测定等。 3.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。
热分析的应用类型
4. 材料质量测定：如纯度测定、物质的 玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命 测定。 5. 环境监测：研究蒸汽压、沸点、易燃 性等。
DSC(差示扫描量热仪)实验室教学课件..
了样品热焓的变d化T 。
功率补偿型DSC仪器的主要特点
1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。 整个仪器由两套控制电路进行监控。一套控制温 度，使试样和参比物以预定的速率升温，另一套 用来补偿二者之间的温度差。
2.无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处 于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差T等 于0。
差示扫描量热仪
DSC
基本原理
DSC 原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物 之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
应用：
• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 多晶型
• 相容性 • 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例 • 比热
对于有大量气体产物生成的反应，可适当疏松堆积
试样和参比物
• 试样：除气体外，固态，液态样品都可测 定。
• 装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底 部，以减少试样与器皿间的热阻。
• 坩埚：高聚物一般使用铝坩埚，使用温度 低于500℃，
• 参比物：必须具有热惰性，热容量和导热 率应和样品匹配。一般为 ，样品量少 时可放一空坩埚。
实验条件的选择
• 4. 气氛
• 气氛类别： 动态气氛 静态气氛 真空
• 从保护天平室与传感器、防止分解物污染的角度，一般推荐使用动态 吹扫气氛。
• 对于高分子TG测试，在某些场合使用真空气氛，能够降低小分子添加剂 的沸点，达到分离失重台阶的目的。
• 若需使用真空或静态气氛，须保证反应过程中的释出气体无危害性。
DSC 仪器维护
仪器操作
热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)[研究知识]
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行业倾力
6
吸热
玻璃化转变
熔融
基线
分解气化
ΔT(℃)
放热 dH/dt(mW)
固固 一级转变
DSC
曲线
Tg
行业倾力
结晶
Tc
Tm
Td
放热行为 （固化，氧化，反应，交联）
DTA 曲线
7
4.1 玻璃化转变温度的测定
dQ/dt dQ/dt
1/2
Tg 温度
Tg 温度
从DSC曲线上确定Tg的方法
行业倾力
8
影响DSC的因素
其主要的影响因素大致有以下几方面： ✓1.实验条件：程序升温速率Φ，气氛 ✓2.试样特性：试样用量、粒度、装填情况、试样的稀释等。Fra bibliotek行业倾力9
实例
行业倾力
10
行业倾力
11
行业倾力
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行业倾力
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行业倾力
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行业倾力
15
行业倾力
16
行业倾力
3
热重分析法的处理
行业倾力
4
影响热重分析的因素
实验条件
❖ 样品盘的影响（惰性材料，铂或陶瓷）
❖ 挥发物冷凝的影响 ❖ 升温速率的影响（5 C/min或10 C/min ） ❖ 气氛的影响（动态气氛）
样品的影响
❖ 样品用量的影响 ❖ 样品的粒度
行业倾力
5
差示扫描量热法（DSC）
在程序控制温度下，测量输给物质与参比物的功率差与温度 的一种技术。示差扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC 曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热 流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温度（T）或时间 （t）。一般在DSC热谱图中，吸热(endothermic)效应用凸起 的峰值来表征 (热焓增加)，放热(exothermic)效应用反向的 峰值表征(热焓减少)。
常用热分析技术：差示扫描量热法(DSC)、差热分析(DTA)、热重分析(TAG)
常用热分析技术：差示扫描量热法（DSC）、差热分析（DTA）、热重分析（TAG）物质的物理状态和化学状态发生变化（如升华、氧化、聚合、固化、硫化、脱水、结晶、熔融、晶格改变或发生化学反应）时，往往伴随着热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）的变化，故可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质物理或化学变化的过程。
主要方法有：▪差热分析-DTA；▪差示扫描量热法-DSC；▪热重分析-TGA。
▪1. TG的基本原理TG：可调速的加热或冷却环境中，以被测物重量作为时间或温度的函数进行记录的方法。
DTG：微商热重曲线，热重曲线对时间或温度的一阶微商的方法获得的曲线。
2. 分析方法：升温法和恒温法升温法：样品在真空或其他任何气体中进行等速加温，样品将温度的升高发生物理变化和化学变化使原样品失重—动态法。
原理：在某特定的温度下，会发生重量的突变，以确定样品的特性。
恒温法：在恒温下，记录样品的重量变化作为时间的函数的方法。
3. 影响TGA数据的因素（1）气体的浮力和对流浮力的影响：样品周围的气体因温度的升高而膨胀，比重减小，则样品的TGA值增加。
对流的影响：对流的产生使得测量出现起伏。
（2）挥发物的再凝聚凝聚物的影响：物质分解产生的挥发物质可能凝聚在与称重皿相连而又较冷的部位上，影响失重的测定结果。
（3）样品与称量皿的反应反应的影响：某些物质在高温下会与称量皿发生化学反应而影响测定结果。
（4）升温速率的影响升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
（5）样品用量和粒度用量和粒度影响：样品用量大，挥发物不易逸出，影响曲线比那话的清晰度；样品细，反应会提前影响曲线低温移动。
（6）环境气氛环境气氛对热失重曲线的影响4. 热重分析的应用热重分析主要研究在空气或惰性气氛材料的热稳定性、热分解作用和氧化分解等物理化学变化；也广泛用于涉及质量变化的所有物理过程。
根据热失重曲线可获得材料热分解过程的活化能和反应级数：k = dm/dt= A·mn·e-E/RT；ln(dm/dt) = lnA + nlnm- E/RT；获得n和E的方法：a. 示差法；b. 不同升温速率法；ln(d m/d t) = lnA + n ln m- E/RT；ln k= 0时，有：E/RT0= lnA + n ln m；T0—反应速度的对数为零时的温度；1. DSC的工作原理差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。
三种热分析的原理和应用
三种热分析的原理和应用1. 简介热分析是一种通过在物质受到加热或冷却时测量其物理或化学性质的方法。
它广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
本文将介绍三种常见的热分析方法，包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和热膨胀分析法（TMA）的原理和应用。
2. 差示扫描量热法（DSC）DSC是一种用于测量样品在加热或冷却过程中吸收或释放的热量的技术。
它基于样品和参比物之间的温度差异，并通过测量加热元件输入的功率来确定样品的热量变化。
2.1 原理DSC基于以下原理：样品和参比物在相同的温度下进行加热，测量其温度差异。
当样品发生物理或化学变化时，会吸收或释放热量，导致样品和参比物的温度发生差异。
通过将样品的热量变化（△H）与温度的变化关联起来，可以获得样品的热性质。
2.2 应用DSC广泛用于材料科学、化学和生物学领域。
以下是一些常见的DSC应用：•相变研究：DSC可用于研究材料的相变过程，如熔化、结晶和玻璃化等。
•反应动力学研究：DSC可以用来研究化学反应的速率和能量变化。
•聚合物分析：DSC可以用来研究聚合物的热性质，如熔点、结晶度和热稳定性等。
3. 热重分析法（TGA）TGA是一种测量样品在加热过程中质量变化的技术。
它可以通过测量样品的质量损失或增加来确定样品的热性质。
3.1 原理TGA基于以下原理：样品在不同温度下被加热，当样品发生物理或化学变化时，会导致样品质量的减少或增加。
通过测量样品质量的变化，可以获得样品的热性质。
3.2 应用TGA在材料科学、化学和生物学等领域有广泛的应用。
以下是一些常见的TGA 应用：•分析样品的组成：TGA可以用于分析复杂样品的组成，如药物、塑料和涂料等。
•分解分析：TGA可以用于研究材料的分解过程，如热分解和氧化分解等。
•热稳定性研究：TGA可以用于评估材料的热稳定性，如聚合物的热分解温度和氧化稳定性等。
4. 热膨胀分析法（TMA）TMA是一种测量材料在加热或冷却过程中长度或体积变化的技术。
热重和差示扫描量热分析
替代DTA的定量方法（ △H与△T成比例） 精确测量反应热 (焓变) 精确测量比热 基线稳定 响应迅速，峰分辨率高
功率补偿型DSC (power compensation) 功率补偿型 热流型 DSC (Heat flux)
吸附与催化实验室 Lab. of Adsorption and Catalysis
同济大学化学系
功率补偿型 DSC
• • • •
测量到R与S之间的温差△T（S热效应引起） 改变某一端加热功率(△ P)，至两端△T=0 dQ/dt ＝ △P 高温下（>700℃），无法实现功率补偿DSC
吸附与催化实验室 Lab. of Adsorption and Catalysis
同济大学化学系
吸附与催化实验室 Lab. of Adsorption and Catalysis
3．实验条件的影响
3.1 3.2 3.3 3.4
同济大学化学系
3
热重法( ) 热重法(TG)
热重法是在程序控制温度下借助热天平以获得物质的 质量与温度关系的一种技术。 热重法曲线的特征和信息 TG TG曲线 阶梯状曲线 DTG曲线 由TG曲线一级微分后得到 某一温度下DTG曲线的峰高直接等于该温度下的反 应速率；峰面积则等于质量损失量。
同济大学化学系
1.2. 什么是热分析?
研究材料的物理、化学性能随温度、时间变化的方法。
结 构 、 成 分 、 、 、
……
时间、温度
吸附与催化实验室 Lab. of Adsorption and Catalysis
同济大学化学系
热分析技术的常用类型
测量量 质 量 技术名称 热重TG 热重TG 检测装置 热天平
吸附与催化实验室 Lab. of Adsorption and Catalysis
热重分析及差热分析
热重分析法
• 分析原理 • 仪器装置 • 影响因素 • 应用
基本原理
许多物质在加热或冷却过程中除了产生热效应外，往往有 质量变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成 和结构密切有关。因此利用在加热和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。
• 热重分析法(TG):在程序控制温度下，测量物质的质量与 温度变化关系的一种技术。 TG曲线记录的是质量-温度， 质量保留百分率-温度或失重百分率-温度的关系。
当试样发生任何物理（如相转变、熔化、结晶、升 华等）或化学变化时，所释放或吸收的热量使试 样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在 DTA曲线上得到放热或吸收峰。
差热分析曲线
根据国际分析协会ICTA的规定，差热分析DTA是 将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热 或冷却，将两者间的温度差对时间或温度作记录 的方法。从DTA获得的曲线试验数据是这样表示的 ：纵坐标是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示 放热反应，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t ），从左到右增加。
物质在温度变化过程中，常常伴随宏观物理、化学等性 质的变化，宏观上的这些性质变化通常又与物质的组成和 微观结构相关联。通过测量和分析物质在加热或冷却过程 中的物理、化学性质的变化，可以对物质进行定性、定量 分析，从而实现对物质的结构鉴定，为新材料的研究和开 发提供热性能数据和精细结构信息。
热分析需满足三个条件
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% ）
关于热分析法
关于热分析法的研究摘要：在药剂学领域，热分析是研究药物晶型、纯度、稳定性、固态分散系统、脂质体、药物-辅料相互作用的重要手段。
热分析法主要包括差热分析、差示扫描量热法和热重法，该篇文章主要介绍了他们的原理、应用范围及实例以及优缺点。
关键词：原理应用热分析1.差热分析（DTA）差热分析，也称差示热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随温度变化的技术。
1．1原理：纵坐标表示温度差ΔT,ΔT为正表示试样放热；ΔT为负表示试样吸热。
横坐标表示温度。
ABCA所包围的面积为峰面积，A′C′为峰宽，用温度区间或时间间隔来表示。
BD 为峰高,A点对应的温度Ti为仪器检测到的试样反应开始的温度,Ti受仪器灵敏度的影响,通常不能用作物质的特征温度。
E点对应的温度Te为外延起始温度，国际热分析协会(ICTA)定为反应的起始温度。
E点是由峰的前坡(图中 AB段)上斜率最大的一点作切线与外延基线的交点，称外延起始点。
B点对应的温度Tp为峰顶温度,它受实验条件影响，通常也不能用作物质特征温度。
1.2应用范围:熔化及结晶转变、氧化还原反应、裂解反应等的分析研究、主要用于定性分析。
1.3优缺点：优点：测量物质的转变温度是比较准确方便的缺点：1）试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数K值变化，难以进行定量；2）试样产生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大差异，三者之间会发生热交换，降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。
3）用于热量测量却比较麻烦，而且因受样品与参考物之间热传导的影响，定量的准确度也较差。
1.4应用实例1）含水化合物。
对于含吸附水、结晶水或者结构水的物质，在加热过程中失水时，发生吸热作用，在差热曲线上形成吸热峰。
①2）高温下有气体放出的物质。
一些化学物质，如碳酸盐、硫酸盐及硫化物等，在加热过程中由于CO2、SO2等气体的放出，而产生吸热效应，在差热曲线上表现为吸热谷。
不同类物质放出气体的温度不同，差热曲线的形态也不同，利用这种特征就可以对不同类物质进行区分鉴定。
差示扫描量热分析简介
0.0
Heat capacity (heating)
Glass Transition (Tg)
Melting
-0.1
Evaporation
Other endothermic processes
-0.2
Heat Flow (W/g)
-0.3
Endothermic
-0.4
0
Exo Up
25
50
75
100
一般在DSC热谱图中， 吸热(endothermic)效应用凸起旳峰值来表征 (热焓增
长)； 放热(exothermic)效应用反向旳峰值表征(热焓降低)。
Endothermic Heo the sample as a result of either
125
150
Temperature (°C)
Exothermic Heat Flow
Exothermic
0.1
Heat Flow (W/g)
Heat flows out of the sample as a result of either
Heat capacity (cooling)
0.0
Crystallization
1923年，Honda首次提出连续测量试样质量变化旳热重分析。 1955年，Boersma设想在坩埚外放置热敏电阻，发明现今旳
DSC。 1964年，Watson等首次刊登了功率补偿DSC旳新技术。 频率可调旳动态热机械测量旳历史并不久。
近年来，热分析极大地得益于强大计算机软硬件旳应用。
梅特勒-托利多热分析简史
DSC与DTA测定原理旳不同
DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或 时间）为横坐标，以样品与参比物间温差 为零所需供给旳热量为纵坐标所得旳扫描 曲线。
热分析方法
热分析方法热分析是科研表征中常见的手段。
所谓热分析，指通过控制样品温度的改变，来分析其相应物理化学性质的改变。
今天我们就只讲最为常见的热分析手段有三种热重分析（TG）、差热分析（DTA）和差示扫描量热法（DSC）。
首先我们来看怎么正确选择热分析的方法。
1、热分析方法的选择三种热分析方法各有所长，可以单独使用、也可以联合使用。
具体如何选择，我们首先从定义出发，了解这些表征手段。
TG：在程序控温下，测量样品的质量（m）随温度的变化。
如果你需要知道，样品在升温或者降温过程中，样品质量的变化（比如吸附、脱附、分解等），请选择TG。
比如工业催化剂中常会有积碳现象，通过TG表征可以确定积碳量。
DTA：在程序控制温度下，测量参比物和样品温差（△T）随温度（T）的变化。
DTA与TG的区别在于测量值从质量变为温差。
之所选择测试温差，是因为升温过程中发生的很多物理化学变化（比如融化、相变、结晶等）并不产生质量的变化，而是表现为热量的释放或吸收，从而导致样品与参比物之间产生温差。
DTA 能够发现样品的熔点、晶型转变温度、玻璃化温度等等信息。
DSC: 在程序控制温度下，测量给于参比物和给予样品的能量之差（△Q）随温度（T）的变化。
在整个测试过程中，样品和参比物温差控制在极小的范围内。
当样品发生物理或者化学变化时，控温装置将输入一定功率能量，以保持温度平衡。
可以简单的将DSC看成是DTA的升级版。
DSC也确实是从DTA发展而来。
传统的DTA仪器因为样品池材质的关系，只能测温差，无法准备测量热和焓的变化。
后期通过改变材质和结构，使得从温差转变为能量差成为可能（热流型）。
最后又出现一种直接测量输入热量差的DSC(功率补偿型)。
DSC的优点在于灵敏度高、可以定量测量焓、比热容等物理量。
2. 数据如何分析？TG：典型的TG图如下图1所示：其中最重要的信息是失重的温度点和失重的比例。
根据你所测试材料的性质和这些温度点、失重比例，可以推测所发生的物理化学变化。
热分析的原理
热分析的原理
热分析是一种重要的热物性测试方法，用于研究物质在加热过程中的物化性质变化。
其原理基于物质在加热时对吸热或放热的反应，通过测定样品在加热或冷却过程中所产生的热量变化，可以推断出样品的热稳定性、相变特性、热储存能力等相关信息。
热分析实验常用的方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、动态热力学分析法（DTA）等。
这些方法在
原理上有所不同，但都是基于热量的变化进行分析。
在差示扫描量热法中，样品和对比样品（通常为惰性材料或纯金属）一同加热或冷却。
通过比较样品和对比样品之间的温度差异，可以计算出样品的吸热或放热量。
这种方法可以用于研究样品熔化、分解、相变等过程的特性。
热重分析法是通过测量样品在加热过程中的质量变化来得到有关信息的。
样品在加热时会经历失重或得重的过程，通过比较样品和空白容器的质量变化，可以推断出样品的热失重或热增重特性。
这种方法常用于研究样品的分解、氧化、脱水等过程。
动态热力学分析法是通过测量样品和参比样品之间的温差来得到有关信息的。
样品和参比样品一同加热或冷却，通过比较它们之间的温度差异，可以推断出样品的物理或化学变化。
这种方法常用于研究样品的相变、晶体结构变化、热化学反应等过程。
总之，热分析方法通过测量样品在加热过程中的热量变化来推断出其热物性特征。
它在材料科学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用，对于理解和改进物质的热性质具有重要意义。
三种热分析方法综合介绍.
三种热分析方法综合介绍热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化关系的一类技术。
该技术包括三个方面的内容：其一，物质要承受程序控温的作用，通常指以一定的速率升（降）温。
其二，要选定用来测定的一种物理量，它可以是热学的、力学的、声学的、光学的以及电学的和磁学的等。
其三，测量物理量随温度的变化关系。
物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法跟踪这种变化。
表1中列出根据所测物理性质对热分析方法的分类。
其中以差热分析（DTA）和热重分析（TG）的历史最长，使用也最广泛；微分热重分析（DTG）和差示扫描置热法（DSC）近年来也得到较迅速地发展。
下面简单介绍DTA、TG和DSC的基本原理和技术。
表1热分析方法的分类（一）差热分析（DTA）差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。
在DAT试验中，样品温度的变化是由于相变或反应的吸热或放热效应引起的。
一般说来，相变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。
图1为差热分析装置示意图，典型的DTA装置由温度程序控制单元、差热放大单元和记录单元组成。
将试样S和参比物R一同放在加热电炉中进行程序升温，试样在受热过程中所发生的物理化学变化往往会伴随着焓的改变，从而使它与热惰性的参比物之间形成一定的温度差。
差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号经差热放大后在记录单元绘出差热分析曲线。
从曲线的位置、形状、大小可得到有关热力学和热动力学方面的信息。
在理想条件下，差热分析曲线如图图2所示。
图中的纵坐标表示试样和参比物之间的温度差；横坐标表示温度T、或升温过程的时间t。
如果参比物的热容和被测试样的热容大致相同，而试样又无热效应时，两者的温度差非常微小，此时得到的是一条平滑的基线AB。
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、DSC等)介绍【实用参考】
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
2.1.2 样品的粒度和用量
样品的粒度不宜太
W
大、装填的紧密程度适
中为好。同批试验样品，
每一样品的粒度和装填
紧密程度要一致
小用量
大用量
温度
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
2.1.3 气氛
常用气氛为空气和N2，亦使用O2、He、 H2、CO2 、Cl2和水蒸气等。气氛不同反应 机理不同。气氛与样品发生反应，则TG曲 线形状受到影响
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
样品重量分数w对温度T或
时间t作图得热重曲线(TG
曲线)：
w
w = f (T or t)
起始 水分 可燃 烧物
因多为线性升温，T与dw/dT 或 dw/dt 称微分热
重曲线(DTG曲线)
气流速度40~50mL/min
400 600 800 1000 1200 温度(C)
如存在挥发物的再冷凝，
问题
应加大热天平室气氛的通
气量
将CO2 、真空、空气
高分子研究方法-热分析(TG、TMA三、 种气氛与曲线对应
DSC等)介绍
2.1.4 试样皿
➢ 试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等 ➢ 试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的 ➢ 聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样 皿，因相互间会形成挥发性碳化物 ➢ 白金试样皿不适宜作含磷、硫或卤素的聚合物的试 样皿，因白金对该类物质有加氢或脱氢活性 ➢ 在选择试样皿时试样皿的形状以浅盘为好，试验时 将试样薄薄地摊在其底部，以利于传热和生成物的扩散
增重 *
*
高分子研究方法-热分析(TG、TMA、 DSC等)介绍
热分析法
定性测定转变温度（峰位 定量分析，峰面积直接对
置）
应热效应
1500℃以上
700 ℃左右
矿物、金属等无机材料
有机和高分子
DSC的分辨率、重复性、准确性和基线稳定性都比DTA 好
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差热分析法（DTA）和示差扫描量热法（DSC）
DTA/DSC的主要信息： ① 热事件开始、峰值和结束的温度； ② 热效应的大小和方向； ③ 参与热事件的物质的种类和量。
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差热分析法（DTA）和示差扫描量热法（DSC）
二. 实验技术 （一）试样与参比物
固态、液态或浆状样品都可以用于测定。 装样的原则是尽可能使样品即薄又广地分布在试样皿内，以减少试样与 皿之间的热阻。 薄膜、纤维、片状、粒状等较大试样须剪切成小粒或片，尽量铺平。
高分子样品一般使用铝皿，使用温度应低于500℃（铝会发生变形)。 超过500oC时，可用铂或氧化铝皿。
1.熔点的确定方法和 高分子的组成分析
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差热分析法（DTA）和示差扫描量热法（DSC）
三、应用
（一）高分子的结晶／熔融转变
2. 影响Tm的因素
(1)结晶形态对熔点的影响
在不同的升温速率下，伸直链结晶的熔点最高，由溶液生成的单晶
熔点最低，不同形态的聚乙烯结晶熔点可相差多达25℃。
(2) 结晶温度对熔点的影响
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公认的差热分析的奠基人是法国的Le Charlier 他于1887年用铂-铂/10%铑热电偶测定了黏土加热时其在升-降温
环境条件下，试样与环境温度的差别，从而观察是否发生吸热与 放热反应，研究了加热速率随时间的变化。这与19世纪末采用热 电偶、电阻温度计和光学高温计精确测量温度方法在欧洲的建立 这一背景分不开。 在1899年英国人Roberts Austen采用差示热电偶和参比物首次制 得了真正意义上的DTA，并获得了电解铁的DTA曲线。
热分析的定义与技术分类
导热性较差时，更是如此。这时所测得的TG曲线就不能确切表
征随温度变化时反应进展的客观规律。因此，在实际测试中。 在仪器灵敏度允许的范围内，一般都应采用尽可能少的试样量
来进行实验。
3、试样形状、粒度和填装情况的影响
试样的形状和颗粒度大小的不同，对气体产物扩散的 影响也不同，它改变了反应速度，进而改变了TG曲线的 形状。一般来讲，大片状试样的分解温度比颗粒状的要高， 粗颗粒的试样比细颗粒的分解温度要高。此外，某些大晶 粒试样在加热过程产生烧爆现象，致使TG曲线上出现突 然失重，这种情况应加以避免。 试样的装填情况对TG曲线也有影响。一般试样填装 越紧密，试样颗粒间接触好，热传导性越好，因而温度滞 后现象越小。但是，这不利于气氛与试样颗粒间的接触， 或者是阻碍了分解气体的扩散和逸出。因此通常把试样放 入坩埚后，轻轻地敲一敲，铺成均匀的薄层，这样可以获 得重现性较好的TG曲线。
Temperature(oC)
3、热重分析的应用
热重分析主要研究试样在空气或惰性气体中的热稳
定性、热分解作用和氧化降解等化学变化。广泛用于
研究涉及质量变化的所有物理过程，可测定物料中的
水分、挥发物和残渣，也可测定试样对某种气体的吸
附和解吸。
TG的应用：材料的成分测定、材料中挥发性物质
的测定、材料的热稳定性和热老化寿命的研究、材料
3、差热分析的应用： 用DTA对材料进行鉴别主要是根据物质的相变 （包括熔融、升华和晶型转变）和化学变化（脱水、 分解和氧化还原等）所产生的吸热或放热峰。 有些材料常具有比较复杂的DTA曲线，虽然不能 对DTA曲线上所有的峰作出解释，但它们像“指纹” 一样表征着材料的种类。 DTA应用：材料相态结构的变化、玻璃微晶化热
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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
800
1000
1200
140 780
180 205
450
T/℃
1030
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
差示扫描量热法
程序控温下，为维持 T(测量物)=T(参比物)
略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
贰
《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。
主要内容
we report the discovery and characterizations 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
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
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
典型 的热重曲线
微分热重曲线
热重曲线是一种台阶形曲线，分辨率不高。在其 基础上通过微分处理，得到微分热重曲线（DTG） dm/dt=f(T) 微分热重曲线是峰形曲线，峰最大处对应热重曲 线的拐点，DTG不但能使信号的分辨率提高，还 能获得更多信息。
TG曲线
m dm/dt
DTG曲线
0
200
400 T/℃ 600
热分析技术分类
测定的性质
方法
质量
热重分析法(TG)
微热重分析法(DTG)
温度
差热分析法(DTA)
热焓
差示扫描量热法(DSC)
挥发物
尺寸 电性质 光性质 磁性质
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
DSC /(mW/mg) 放热
1.0
树脂样品的玻璃化转变
0.8
[1] 0.6
玻璃化转变:
0.4
起始点: 53.8 ℃
中点:
57.9 ℃
终止点: 62.0 ℃
比热变化*: 0.421 J/(g*K)
0.2
0
40
50
60
70
80
90
100
温度 /℃
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。
热分析法
概述
热分析法（Thermal Analysis）：
基于热力学原理和物质热力学性质而建立的分析方法。
特点： 1、试样用量少（0.1-10mg） 2、适用于多种形态的试样 3、试样不需要预处理 4、操作简单
热分析仪器构成：温度控制系统、气氛控制系统、测 量系统与记录系统
发展历史
19世纪末期——研究黏土和金属相图 1915年——日本的本多光太郎首先提出了热天平一词。他在天 平的托盘下方放上加热炉，连续测定试样受热时产生的质量变 化。 1949年—— Vold 研制出了全自动记录的差示量热计。 1955年——美国的Boersma提出了差热分析理论和新的测量方法。
补偿的热量与温度的关 系ΔT=f(T)
正峰：放热 倒峰：吸热
典型的DSC曲线
热流率（dH/dt）为纵坐标、 时间（t）或温度（T）为横坐
标。
曲线离开基线的位移即代表样 品吸热或放热的速率（mJ·s1），而曲线中峰或谷包围的 面积即代表热量的变化。
可以直接测量样品在发生物理 或化学变化时的热效应。
玻璃化转变的测定（DSC）
程序控温下，测量物与参比物能 量差随温度变化
程序控温下，物质释放出气体随 温度变化
热分析曲线
横坐标表示温度T或时间t，纵坐标为相应的物理量，例 如热流量dQ/dT，温差△T，质量损失△ m,长度（体积） 变化△ L（ △ V）。
基线：无试样存在时产生的分析轨迹，或者可以说是恒 定条件下，仪器的响应信号曲线。
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。