ASTME1868规范标准检验测试方法

ASTM E 1868-10 (2015)
干燥失重的TGA标准测试方法
这个标准是固定在E1868标准下发布的；后面的数字表示版本号。

括号中的数字表示最后一次重新批准的年份。

1．范围
1.1本标准描述了一个在特定的温度和时间范围内条件下，测定从一个测试标本中任何被驱离的挥发性物质的数量的测试方法。

本测试方法只测定材料的质量损失，而不是测定损失的是什么物质。

1.2 本测试方法适用于测试各种各样的主成分在测试温度下是稳定的固体、液体和混合物。

注1：本测试方法可以按照SCAQMD)1144规则，应用于在金属加工液和直接接触的润滑剂中分析挥发性有机化合物（VOC）含量。

1.3 本测试方法的适用温度范围一般是在室温和1000度之间。

1.4 本标准使用SI单位，不包括其他测定单位。

1.5 没有与这个测试标准相对应的ISO方法。

1.6 这个标准并不是说要解决所有的安全问题，如果有安全问题的话，它与使用有关。

建立适当的安全、卫生考虑，并根据法规确定其适用性这是本标准用户的责任。

2. 引用的文件
2.1 ASTM标准:
D6 Test Method for Loss on Heating of Oil and Asphaltic Compounds
D1475 Test Method For Density of Liquid Coatings, Inks, and Related Products
D1509 Test Methods for Carbon Black—Heating Loss
D2216 Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass
D2288 Test Method for Weight Loss of Plasticizers on Heating (Withdrawn 2010)3
D2595 Test Method for Evaporation Loss of Lubricating Greases Over Wide-Temperature Range
D2832 Guide for Determining Volatile and Nonvolatile Content of Paint and Related Coatings
D3175 Test Method for Volatile Matter in the Analysis Sample of Coal and Coke
D4017 Test Method for Water in Paints and Paint Materials by Karl Fischer Method
D4893 Test Method for Determination of Pitch Volatility
E177 Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods
E359 Test Methods for Analysis of Soda Ash (Sodium Carbonate)
E473 Terminology Relating to Thermal Analysis and Rheology
E691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method E897 Test Method for Volatile Matter in the Analysis Sample of Refuse-Derived Fuel (Withdrawn 2011)3
E1142 Terminology Relating to Thermophysical Properties
E1582 Practice for Calibration of Temperature Scale for Thermogravimetry
E1860 Test Method for Elapsed Time Calibration of Thermal Analyzers
E2040 Test Method for Mass Scale Calibration of Thermogravimetric Analyzers
2.2 SCAQMD Documents:4
Rule 1144 Metalworking Fluids and Direct-Contact Lubricants
3 术语
3.1 定义:
在这个测试方法中使用的特定技术术语可见E473和术语E1142，包括热重量分析法、热重分析仪、重复性和再现性。

4．测试方法概要
4.1一个已知质量的样本在一个恒定温度下被加热，它的质量被连续测量为时间的函数。

在预先确定的时间间隔结束时，或者当损失达到预先确定的值时，这个样品的质量损失被记录为原始质量的百分数。

该值被定义为干燥损失（LOD）值。

LOD值是温度和时间的函数。

因此，这些值必须被识别和报告。

典型的LOD值被报告为LOD=XX%（60分钟120°C)。

可以结束出挥发性含量V（g/L）或VOC含量VOC(g / L)。

注2——在SCAQMD 1144中，在预定的结束时时间和指定温度，样品的质量损失被记录为原始质量的百分比。

此外,测定样品的密度和水含量。

这些值然后用于计算VOC含量。

5．意义和用途
5.1本测试方法被用来估计材料中的挥发性物质。

5.2本测试方法在设计、服务评估、监管法规、制造控制、质量控制、规格验收、开发和研究方面很有用。

5.3通过本测试方法获得的结果可能是相当于其它测试方法所获得的结果，也可能这些结果与其它领域中被称为其它术语。

其它的结果和术语包括加热损失（见注5和测试方法D6、D2288和E359）; 加热损失(见测试方法D1509); 蒸发损耗（见试验方法D2595）;挥发性有机碳、水分或水（见测试方法D2216和D3175); 挥发性（见测试方法D4893）;高度挥发性物质（见测试方法E897）; 挥发性成分(见指南D2832)。

6.干扰
6.1 因为所取的样品量很小，所以必须要小心确保所取得每个样品都代表了一个整体。

6.2这个测试程序测量的是在具体的实验条件下的总质量损失。

如果存在一个以上的挥发性成分，结果将反映所有的挥发组分的总数。

6.3 如果测试温度设置得太高，质量减轻的结果可能包括基体的分解。

6.4 当按照SCAQMD1144来计算VOC含量时，可能需要测量和校正含水量。

请参阅D4017确定样品的水含量。

7. 仪器装置
7.1可连续记录样品质量和温度随时间变化函数的热重分析仪（TGA）:
7.1.1天平，具有最小称样量100 mg、能连续记录10μ g或更小质量的变化。

可根据E2040测试方法对性能进行验证。

7.1.2样本容器，具有合适的结构形状和完整性，且对样品来说是惰性的，可装10毫克测试样品。

可以使用铂、铝或石英容器，其他材料的容器也可以考虑。

注3——对于SCAQMD规则1144，样品容器必须是浅的和由铂组成的。

7.1.3加热炉，其可控温度可由25到1000℃，最小加热速度5℃/分钟，恒温精度±2℃。

7.1.4温度传感器提供指示样品或炉温，或两者的温度，精度均为±0.1℃。

注4——温度传感器应尽可能接近于实际测试样品，但又不影响重量测量，或按制造商要求放置。

另外，传感器的位置必须和刻度时完全相同。

7.1.5样品气氛控制系统，能够提供干燥惰性体气体（通常是纯氮），可选择的流量为50到100ml/分钟, 精度±5ml⁄分钟。

注5——SCAQMD规则1144中，使用纯氮用于样品吹洗气流和天平保护气流。

7.1.6测量系统，从25到1000°C范围中，以±0.1℃精度连续记录样品温度。

7.1.7计时器，能够连续记录最高可达20小时的运行时间，精度±0.1分钟或±1%。

性能可以根据E1860测试方法进行验证。

7.1.8控制器，能够执行从25到1000℃温度控制程序，最小加热速度5℃/分钟，精度±0.1℃；或者可以以±2℃维持恒温。

7.1.9数据收集设备，提供获取、存储、显示测量或计算结果的信号，或者两者都有。

TGA 最少能输出质量、温度和时间数据。

7.1.10虽然不一定需要，但如数据分析装置来连续进行和显示以下计算结果是很方便的：7.1.10.1样本质量占初始质量的百分比。

7.1.10.2样本质量变化速度（以质量%/分钟为单位），能够检测到0.01%/分钟的最小值。

7.1.11虽然不需要，但有一个在下列条件下能终止实验的控制装置将很方便：
7.1.11.1当操作员选择的一段时间等温温度条件已经过去了，
7.1.11.2当操作员选择的质量损失率是达到了。

7.2气体排气系统能够从实验室将可能有毒的气体排出。

7.3惰性气体——纯氮。

7.4微型吸管或注射器，用于液体，最高容量为15 ± 1μL。

8. 危害
8.1有毒或腐蚀性废水，在加热某些材料时可释放对人员和仪器有害、有毒或腐蚀性废水。

9．取样
9.1通常在“收到”的基础上对样品进行分析。

应在报告中注明在分析之前是否应该进行一些热或机械的处理（如研磨或过筛）。

因为研磨过程产生的加热会释放挥发物。

9.2由于使用了小的测试样本，样本必须是的均匀和有代表性。

建议在分析之前作混合和搅拌。

9.3如果实验要在室温下开始进行，在密封的容器中的样品需平衡到室温开始测试。

注6——对于SCAQMD规则1144，包含固体的样品在分析之前，应该过滤掉颗粒物。

10．刻度校准
10.1根据E1582的对仪器进行刻度，使用1℃/分钟的加热速度，中间和终止温度接近于要使用的恒温温度。

10.2根据E2040测试方法，对仪器进行质量信号校正。

注7——对可用参考标准（已知的质量损失特性的材料）作定期分析6，它作为检查仪器状态、操作效率等，和来自不同实验室的结果比较。

验证质量测量和验证时间测量一致性都要优于1%。

10.3按照E1860测试方法，对仪器的时间信号进行校正。

注8——SCAQMD 1144，要求每个星期校准质量信号，每三个月校正温度信号，每六个月校正时间信号。

11. 程序
注9——对于SCAQMD规则1144，额外的程序可能是该机构所要求的。

11.1 获得一个合适的基线校正。

11.2 设置加热炉和气流参数。

注10——SCAQMD规则1144中，总流量必须是50 mL/分钟，分为（平衡保护气流：样品清洗气流）10:40 ml/分钟或20:30 ml/分钟。

11.3 将仪器的试样试验区冷却到周围环境温度。

为本测试的目的，环境温度是35℃或更低。

注11——某些设备上在一次实验后将样本试验区冷却至25℃是耗费时间的。

为改善效率，对一些样品在稍高的温度下启动实验进行样本测试是可能的。

但必须谨慎，因为挥发性是温度的函数。

对于高挥发性的材料,如果在温度过高时启动，实验样本的部分质量可能在实验建立阶段就损失。

注12——SCAQMD 1144的初始温度是25±2℃。

11.4 对于在操作中正常关闭了设备，将天平清零，使空的样本盘表示零质量。

11.5 打开仪器，使样品盘暴露。

11.6 小心地将10 ±1 mg的测试样品放在样品盘。

也可以使用其它容量的样品盘，但必须在报告中注明。

注13：应注意确保样品不含空气泡沫。

注14——SCAQMD 1144，样本容量是10±1μl，不使用自动进样器，样本必须均匀分布在样品盘的底部。

11.7 关闭仪器并记录初始质量为m i。

如果该仪器有直接记录质量百分比，将它调整为100%。

注15——如果测试样本在室温下具有明显的挥发性，在放样时就可能有质量的损失。

在这种情况下，应该小心谨慎地按11.6和11.7操作。

11.8 以5℃/分钟的加热速度将测试样品加热到到恒温温度，记录标本质量（或质量百分比）、温度和时间。

也可能使用加热速度，但必须在报告中注明。

注16——依于被测试材料的类别，选择测试恒温温度和测试时间（t t）的最佳操作参数。

表面响应方法技术（RSM）在预测最佳操作参数方面有帮助7、8。

表1和表2中列出了一些常用实验条件。

注17——SCAQMD 1144，加热速度是25℃/分钟，恒温温度是81℃。

11.9一旦达到了恒温测试温度，仪器就进行实验的剩余部分。

实验的恒温过程开始时间，记作t i。

11.10 在达到恒温温度5分钟后，可以记录下样品温度。

A A Pino, J., Barry, T., and Rose, J., Estimation of Volatile Emission of Pesticides by Thermogravimetric Analysis, California Environmental Protection Agency, 1020 N Street, Room 161, Sacramento, CA 95814-5624.
11.11测试以两种方式终止。

这些终止标准被分别称为测试方法A和测试方法B。

11.12测试方法A:
11.12.1测试样品在一定温度的恒温试验中进行固定测试时间（t t）之后。

注18——常用的恒温试验温度和时间列在表1。

注19——SCAQMD 1144的测试时间（t t）是110分钟。

测试时间是从加热周期的开始到恒温时间的结束。

11.12.1.1试验方法结束后应在LOD值后的括号内注明终止条件。

例如：LOD=XX%（2 h at 105°C)。

11.13测试方法B:
11.13.1在一段延迟时间（t d）之后，当质量损失速率小于指定值（R）时启动。

注20——通常使用的质量损失率和延迟时间值列在表2。

注21——对于这些仪器来说，质量损失率可能是用质量和时间的函数来方便地观察。

11.13.1.1使用测试方法B终止的实验，应在LOD值后的括号内注明终止条件。

例如：LOD=XX%（15分钟，< 1%/分钟)。

11.14在终止时记录该实验质量。

这个值是最终质量m f。

11.15根据方程1计算质量损失百分比值(见12.1)。

11.16执行重复的测定，并报告干燥损失百分比值的平均值。

注22——在SCAQMD规则1144中，要作重复的测定。

除非程序失败，否则就根据方程3（见12.3）报告重复测定的平均值的VOC含量。

12．计算
12.1干燥失重:
12.1.1根据以下方程计算出质量损失百分比：
（1）
LOD = 重复测定的平均值为m
LOD = 干燥失重(%),
M = 质量损失百分比（%），
M i= 初始质量（mg）
Mf = 最终质量（mg）。

12.2挥发性物质含量:
12.2.1 按下式计算液体样品中挥发性物质的量V，单位为g/L：
（2）
V = 挥发性物质含量g/L，是多次或单次重复测定样品V的平均值：
v = 一次测定的挥发性含量（g/L），
= 液体样品密度（g/mL），
= 初始质量（mg）
m f= 最终质量（mg）。

12.3挥发性有机化合物（VOC）含量：
12.3.1按照下式计算液体样品中挥发性有机化合物VOC的含量，单位为g/L：
挥发性有机化合物VOC含量（g/L）是多次或单次重复测定样品V的平均值：
voc = VOC含量（g/L）
= 液体样品密度（g/mL），
w = 水含量（%），
m i= 初始质量（mg）
m f= 最终质量（mg）。

注23——在SCAQMD 1144中，使用ASTM D1475测定密度，使用ASTM D4017测定样品的水含量。

注24——测量的值应该保留小数点后数字输入到方程中，只有最终的报告值应该根据要求的测试精度进行四舍五入。

13.报告
13.1 报告以下信息：
13.1.1 完整的被测试材料识别和说明,
13.1.2 所使用测试仪器的描述，包括制造商和型号，
13.1.3 用于温度刻度材料和使用程序的描述,
13.1.4 温度曲线测定方法,
13.1.5 LOD值以及实验终止条件（见11.12.1.1和11.13.1.1）。

例如: 5%（2 h，105 ℃）。

必要时V或VOC值也可这样报告。

注25——对于SCAQMD 1144，报告VOC。

13.2 所使用的方法的具体版本。

注26——SCAQMD 1144中如有特殊报告要求，请咨询该机构。

14.精度和偏差9
14.1测试方法A:
14.1.1 SCAQMD （比对研究ILS500）在2009 -2010年组织过一次测试方法A实验室间比对研究。

8个实验室参与了这项研究。

要求每一个实验室报告4个不同的液体润滑油样品的5次重复测试的结果。

所有8个实验室都对D、F和H进行了分析。

七个实验室分析了G样品。

每一个“测试结果”代表一家的测量; 数据以g/L数表示挥发性有机化合物。

采用E691进行了数据分析。

详细结果见ASTM：RR:E37-1039.10对这些润滑油样品的研究结果可见该报告。

14.1.2精度:
14.1.2.1重复性限（r）-在一个实验室里获得两个测试结果，如果它们之间的差异比“r”值大，它们就被认为是不相等的；“r”表示对同一样品、同一测试操作人员、使用同一仪器、在同一天、同一实验室所作两次测试结果之间的有明显差异的区间。

（1）下列表3列出了可重复性限。

即在95%置信限下的可重复性值估计。

14.1.2.2再现性限（R）- 在一个实验室里获得两个测试结果，如果它们之间的差异比“R”值大，它们就被认为是不相等的；“R”表示对同一样品、不同测试操作人员、使用不同仪器、在不同实验室所作两次测试结果之间的有明显差异的区间。

（1）下列表3列出了95%的置信限下再现性限。

表3，挥发性化合物（g/L）
14.1.2.3上述术语（重复性限和再现性限）在E177中有定义。

14.1.2.4 根据14.1.2.1和14.1.2.2作出的任何判断的正确性的概率约为95%。

14.1.3 偏差— 在作本研究的时候，还没有接受的参考物质可用于确定该测试方法的偏差，因此没有关于偏差的表述。

14.1.4 精确度的说明是通过从8个实验室对4种不同的样品材料的155个结果进行统计分析所得。

这些材料为：:
D防锈剂，专利防锈剂，含80%的Stoddard溶剂（闪点40℃）和10%的环烷油（粘度，约为1.3 cSt），密度0.7873 g⁄mL
F油基切削液（一般用途）含润滑剂、70%环烷油（粘度，大约32.3 cSt.），密度0.9439 g/ mL
G用水稀释的半合成专利切削液，93%水，密度1.0084 g/ mL
H型油性切削液（铝），含润滑剂、70%的环烷矿物油（粘度大约是6.9 cSt），密度0.8852 g⁄mL
为了判断两个测试结果的等价性，建议选择最接近样本材料特征的材料。

14.2测试方法B:
14.2.1 1995-1996年加利福尼亚环境保护机构进行了测试方法B的实验室比对。

15个实验室的参与使用3个参考标准、3个液体和2个固体材料(杀虫剂)的比对。

参考标准是合成样品，含低、中、高，即损失水平为2、50和99%的挥发性物质。

14.2.2精度:
14.2.2.1在实验室内可变性范可以使用可重复性限（r）来描述，通过标准差乘2.8得到。

该可重复性限可信度95%置信限估计。

12.2.2.2 r=0.6、0.4和0.5%质量损失的可重复性是在参考标准低、中、高损失的情况下分别获得的。

14.2.2.3重复性限的r=4.2、1.8和0.6%的质量损失在三种液体样品上得到。

14.2.2.4重复能力r=6.2和1.4%的质量损失是在两种固体样品上获得的。

14.2.2.5在实验室间的再现性限（R）由标准偏差乘2.8得到。

再现性限的置信限度为95%。

14.2.2.6再现性限R=4.4，1.0和0.3%分别在低、中、高参考标准上获得。

14.2.2.7再现性限值R=4.9，2.2和0.7%分别在三种液体样品上得到。

14.2.2..8再现性限值R=6.6%和2.2%的质量损失在两种固体样品上得到。

14.2.3偏差:
14.2.3.1对偏差的估计是通过比较每种参考标准的平均损失值和它们合成的参考值来得到。

即:
偏差=平均质量损失-已知值（4）
（1）对所有三个级别的参考标准，它们的偏差均<小于0.6%的质量损失。

这表明没有明显的相对偏差。

15．关键字
15.1干燥失重; 质量损失; 热重量分析法; 挥发物; 重量损失。