热重分析(TG)
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可以推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
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
根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。 计算结果表明第一次理论质量损失率为
第二次理论质量损失率也是14.4%；第三次质量损失率为 7.2%；固体剩余质量理论计算值为63.9%，总失水量为 36.1%。理论计算的质量损失率和TG 测得值基本一致。
✓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。
曲线的纵坐标m为质量，横坐标T为温度。m以mg 或剩 余百分数%表示。温度单位用热力学温度（K）或摄氏 温度（℃）。Ti 表示起始温度，即累积质量变化到达热 天平可以检测时的温度。Tf表示终止温度，即累积质量 变化到达最大值时的温度。Tf-Ti表示反应区间，即起始 温度与终止温度的温度间隔。曲线中AB 和CD，即质量 保持基本不变的部分叫作平台，BC部分可称为台阶。
基本原理
➢TG与DTG的测量都要依靠热天平（热重分析仪），
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；（00
-0.02
90
10K/min
N 25ml/min
80
2
25mg
70
-0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature (oC)
主要热分解温度为375～650℃， 最大失重温度为459℃，最大失 重速率为0.117/s。 在557℃时还有一小的失重峰， 应该归于煤中黄铁矿 和碳酸盐等矿物质的分解。
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
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。
➢试样周围气氛对热分解过程有较大的影响，气
氛对TG曲线的影响与反应类型、分解产物的性 质和气氛的种类有关。
试样因素
试样对热重分析的影响很复杂 试样用量、粒度
(1) 试样量
试样用量的影响大致有下列三个方 面：
➢ 试样吸热或放热反应会引起试
样温度偏离线性程序温度，发 生偏差，越大影响越大。
➢ 反应产生的气体通过试样粒子
➢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0.5-
6℃/min为宜。
(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 0.5-6℃/min 为宜。
(2) 气氛的影响
➢热重法通常可在静态气氛或动态气氛下进行测
定。在静态气氛下，如果测定的是一个可逆的 分解反应，随着温度的升高，分解速率增大。 但由于试样周围气体浓度增加会使分解速率下 降。另外炉内气体的对流可造成样品周围的气 体浓度不断变化。这些因素会严重影响实验结 果，所以通常不采用静态气氛。为了获得重复 性好的实验结果，一般在严格控制的条件下采 用动态气氛。
热重分析
现代分析测试技术
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
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。 m = f(T)
CuSO4·5H2O脱水历程
实验条件为试样质量为10.8mg， 升温速率为10℃/min，采用静 态空气，在铝坩埚中进行
曲线AB段为一平台，表示试 样在室温至45℃间无失重。故 mo=10.8mg。曲线BC为第一 台阶，失重为mo-m1=1.55mg， 求得质量损失率=
曲线CD 段又是一平台，相应质 量为m1；曲线DE 为第二台阶， 质量损失为1.6mg，求得质量损 失率
纵坐标：dw/dT(dw/dt),横坐标T或者t
✓AB段：热重基线 ✓B点：Ti 起始温度 ✓C点：Tf 终止温度 ✓D 点 ： Te 外 推 起 始
温度，外推基线与 TG线最大斜率切线 交点。
✓Tm 最大失重温度
DTG曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个 重量变化阶段。
影响热重法测定结果的因素
热重与微商热重曲线
➢ TG曲线：理想的TG曲线是一些直角台阶，台阶大小表示
重量变化量，一个台阶表示一个热失重，两个台阶之间 的水平区域代表试样稳定存在的温度范围，这是假定试 样的热失重是在某一个温度下同时发生和完成，显然实 际过程是不存在的，试样的热分解反应不可能在某一温 度下同时发生和完成，而是有一个过程。在曲线上表现 为曲线的过渡和斜坡，甚至两次失重之间有重叠区。
间空隙向外扩散速率受试样量 的影响，试样量越大，扩散阻 力越大。
➢ 试样量越大，本身的温度梯度
越大。
➢ 试样用量大对热传导和气体扩
散都不利。应在热重分析仪灵 敏度范围尽量小。
（2）试样粒度
➢对热传导，气体扩散有较大影响。如粒度的不同
会引起气体产物的扩散过程较大的变化，这种变 化可导致反应速率和TG曲线形状的改变。
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
根据方程，可计算出CuSO4·5H2O 的理论质量损失率。 计算结果表明第一次理论质量损失率为
第二次理论质量损失率也是14.4%；第三次质量损失率为 7.2%；固体剩余质量理论计算值为63.9%，总失水量为 36.1%。理论计算的质量损失率和TG 测得值基本一致。
✓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。
曲线的纵坐标m为质量，横坐标T为温度。m以mg 或剩 余百分数%表示。温度单位用热力学温度（K）或摄氏 温度（℃）。Ti 表示起始温度，即累积质量变化到达热 天平可以检测时的温度。Tf表示终止温度，即累积质量 变化到达最大值时的温度。Tf-Ti表示反应区间，即起始 温度与终止温度的温度间隔。曲线中AB 和CD，即质量 保持基本不变的部分叫作平台，BC部分可称为台阶。
基本原理
➢TG与DTG的测量都要依靠热天平（热重分析仪），
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；（00
-0.02
90
10K/min
N 25ml/min
80
2
25mg
70
-0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature (oC)
主要热分解温度为375～650℃， 最大失重温度为459℃，最大失 重速率为0.117/s。 在557℃时还有一小的失重峰， 应该归于煤中黄铁矿 和碳酸盐等矿物质的分解。
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
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。
➢试样周围气氛对热分解过程有较大的影响，气
氛对TG曲线的影响与反应类型、分解产物的性 质和气氛的种类有关。
试样因素
试样对热重分析的影响很复杂 试样用量、粒度
(1) 试样量
试样用量的影响大致有下列三个方 面：
➢ 试样吸热或放热反应会引起试
样温度偏离线性程序温度，发 生偏差，越大影响越大。
➢ 反应产生的气体通过试样粒子
➢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0.5-
6℃/min为宜。
(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 0.5-6℃/min 为宜。
(2) 气氛的影响
➢热重法通常可在静态气氛或动态气氛下进行测
定。在静态气氛下，如果测定的是一个可逆的 分解反应，随着温度的升高，分解速率增大。 但由于试样周围气体浓度增加会使分解速率下 降。另外炉内气体的对流可造成样品周围的气 体浓度不断变化。这些因素会严重影响实验结 果，所以通常不采用静态气氛。为了获得重复 性好的实验结果，一般在严格控制的条件下采 用动态气氛。
热重分析
现代分析测试技术
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
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。 m = f(T)
CuSO4·5H2O脱水历程
实验条件为试样质量为10.8mg， 升温速率为10℃/min，采用静 态空气，在铝坩埚中进行
曲线AB段为一平台，表示试 样在室温至45℃间无失重。故 mo=10.8mg。曲线BC为第一 台阶，失重为mo-m1=1.55mg， 求得质量损失率=
曲线CD 段又是一平台，相应质 量为m1；曲线DE 为第二台阶， 质量损失为1.6mg，求得质量损 失率
纵坐标：dw/dT(dw/dt),横坐标T或者t
✓AB段：热重基线 ✓B点：Ti 起始温度 ✓C点：Tf 终止温度 ✓D 点 ： Te 外 推 起 始
温度，外推基线与 TG线最大斜率切线 交点。
✓Tm 最大失重温度
DTG曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个 重量变化阶段。
影响热重法测定结果的因素
热重与微商热重曲线
➢ TG曲线：理想的TG曲线是一些直角台阶，台阶大小表示
重量变化量，一个台阶表示一个热失重，两个台阶之间 的水平区域代表试样稳定存在的温度范围，这是假定试 样的热失重是在某一个温度下同时发生和完成，显然实 际过程是不存在的，试样的热分解反应不可能在某一温 度下同时发生和完成，而是有一个过程。在曲线上表现 为曲线的过渡和斜坡，甚至两次失重之间有重叠区。
间空隙向外扩散速率受试样量 的影响，试样量越大，扩散阻 力越大。
➢ 试样量越大，本身的温度梯度
越大。
➢ 试样用量大对热传导和气体扩
散都不利。应在热重分析仪灵 敏度范围尽量小。
（2）试样粒度
➢对热传导，气体扩散有较大影响。如粒度的不同
会引起气体产物的扩散过程较大的变化，这种变 化可导致反应速率和TG曲线形状的改变。