高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
差热分析，简称DTA，是将被测试样加热或冷却时，由于温度导致试样内部产生物理或化学变化，追踪热量变化的一种分析方法。
热重分析，简称TG，是将被测试样加热，由于温度导致试样重量变化的分析方法。
综合热分析仪是具有微机数据处理系统的热重—差热联用热分析仪器，是一种在程序温度（等速升降温、恒温和循环）控制下，测量物质的质量和热量随温度变化的分析仪器。
常用以测定物质在熔融、相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发、升华等特定温度下发生的热量和质量变化，广泛应用于无机、有机、石化、建材、化纤、冶金、陶瓷、制药等领域，是国防、科研、大专院校、工矿企业等单位研究不同温度下物质物理、化学变化的重要分析仪器。
差热分析作为一种重要的热分析手段已广为应用，它可以研究高聚物对热敏感的各种化学及物理过程，物理变化如：玻璃化转变、晶型转变、结晶过程、熔融、纯度变化等；化学变化如：加聚反应、缩聚反应、硫化、环化、交联、固化、氧化、热分解、辐射变化等。
需指出，由于高聚物的物理或化学变化对热敏感的特性是很复杂的，所以常需要结合其它实验方法如动态力学试验、气质联用等对差热分析热谱图进行深入研究，从而进一步探讨高聚物的结构和性能间的关系。
仪器由热天平主机、加热炉、冷却风扇、微机温控单元、天平放大单元、微分单元、差热放大单元、接口单元、气氛控制单元、PC微机、打印机等组成。
实验时，将试样和惰性参比物（在测定的温度范围内不产生热效应的热惰性物质，常用ą-氧化铝、石英粉、硅油等）置于温度均匀分布的坩埚（样品池）的适当位置，将坩埚（样品池）组合于加热炉中，控制其等速升温或降温。
在此变温过程中，若试样发生物理或化学变化，则在对应的温度下吸收或放出热量改变其温度，使试样和参比物之间产生一定的温度（ΔT）。
将ΔT 放大，记录试样与参比物的温度ΔT随温度T的变化，即ΔT~T曲线。
此曲线通常称为差热曲线或差热热谱。
刚开始加热时，试样和参比物以相同温度升温，不产生温度差ΔT=0，差热曲线上为平直的基线。
当温度上升到试样产产玻璃化转时，大分子的链段开始运动。
试样的热容发生明显的变化，由于热容增大需要吸收更多的热量，因而试样的温度落后于参比物的温度，产生了温度差，于是差热曲线上方出现一个转折，该转折对应的温度，即玻璃化转变温度（Tg）若试样是能结晶的并处于过冷的无定形状态，则在玻璃温度以上的适当温度进行结晶，同时放出大量的热量，此时试样温度较参比物上升快，差热曲线上表现为放热峰。
再进一步加热，晶体开始熔融面需要吸收热量，试样温度暂时停止上升，与参比物之间产生了温度差，其差热曲线在相反方向出现吸热峰。
当熔融完成后，加于试样的热能在使试样温度升高，直到等于参比物的温度，于是二者的温度差又为零，回复到基线位置，将熔融峰顶点对应的温度记作熔点（T m）；继续加热试样可能发生其他变化，如氧化、分解（氧化是放热反应，分解是吸热反应）。
因此，根据差热曲线可以确定高聚物的转变和特征温度。
热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。
热重法是热分析方法中使用最多、最广泛的一种。
它是在程序控制温度下测量物质质量与温度关系的一种技术。
因此只要物质受热时质量发生变化，就可以用热重法来研究其变化过程，如脱水、吸湿、分解、化合、吸附、解吸、升华等。
热重法已被广泛地应用在化学及与化学有关的领域中。
热重法试验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线)，TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少;以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。
热分析仪器操作简便、灵敏、速度快、所需试样量少，而得到的科学信息广泛。
通过TGA 实验有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。
热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。
用于热重法的热重分析仪(即热天平)是连续记录质量与温度函数关系的仪器。
它是把加热炉与天平结合起来进行质量与温度测量的仪器。
热天平的结构见图。
热天平的主要工作原理是把电路和天平结合起来，通过程序控温仪使加热电炉按一定的升温速率升温(或恒温)。
当被测试样发生质量变化，光电传感器能将质量变化转化为直流电讯号。
此讯号经测重电子放大器放大并反馈至天平动圈，产生反向电磁力矩，驱使天平梁复位。
反馈形成的电位差与质量变化成正比(即可转变为样品的质量变化)。
其变化信息通过记录仪描绘出热重(TG)曲线，如图2所示。
这是一
固体热分解的热重曲线。
纵坐标表示质量，横坐标表示温度。
TG曲线上质量基本不变的部分称为平台，如图中ab和cd，b点表示变化的起始点，对应的温度Ti即为变化的起始温度。
图中c点表示变化终止点，Tf表示变化的终止温度。
从热重曲线可求得试样组成、热分解温度等有关数据。