热重仪器结构示意图
零位式热重分析仪（结构组成）
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热重分析仪（工作原理）
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热天平详细测量原理
?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）
结构分析方法
热分析技术 Thermal Analysis Technology
热分析定义
热分析是在程序控制温度和一定气氛下，测量物质的 物理性质 与温度 或时间 关系的一类技术。国际热分析协会 ICTA （International Confederation for Thermal Analysis)
?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。
坩埚的形状及材质
热天平的灵敏度 灵敏度↑，试样用量 ↓，分辨率↑，可使用较快的
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 重量变同 曲线：台阶与峰形 原理：共性 DTG ：分辨率提高；信息多
热重曲线的分析讨论
TG 曲线：100 ℃～250 ℃仅有一个台阶，3种元素的草酸盐的 一水合物脱水； DTG 曲线：100 ℃～250 ℃有3个峰，3种草酸盐一水合物脱水 温度有差异。
“程序控制温度”一般是指用固定的速率加热或冷却， “物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、 电学及磁学性质等。
热分析分类
测定的物理量 方法名称
简 称 测定的物理量 方法名称
简称
质量
温度 热量
热重法
TA
等压质量变化测定
逸出气检测 逸出气分析 放射热分析
EGD EGA
热微粒分析
升温曲线分析
m = f(T or 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。
?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。
热重仪器结构示意图
3、影响热重法测定结果的因素
?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
?试样因素
? 试样用量 ? 试样粒度
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。
1887年法国Henry Lonis Le Chatelier 教授创立了热分析方法。 1899年英国的罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen ）第一次使用
了差示热电偶和参比物，大大提高了测量的灵敏度 ,正式发 明了差热分析（DTA）技术。 1915年日本东北大学的本多光太郎，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。 1936 年P.Chevenard 等人研制了自动记录式热天平，1945年成 为第一台商品化热重分析仪。
1965年英国的麦肯才（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， 并成立了国际热分析协会。
?热重分析 ?差热分析 ?差示扫描量热法
一. 热重分析 （Thermogravimetry TG )
1、 热重概述
定义：在程序控制温度下，测量物质质量 与温度或时间关系的一种技术。
差热分析
DTA
差示扫描量热法
DSC
调制式差示扫描量热法 MDSC
尺寸 力学量 声学量
光学量 电学量 磁学量
热膨胀法 热机械分析 TMA 动态热机械法 DMA 热发声法 热传声法
热光学法 热传声法
热磁学法
热分析技术发展历史
1780年英国的Higgins 使用天平研究石灰粘结剂和生石灰受热 重量变化。
450 ℃：尖峰，三者同 时失去CO 。 250 ℃～360 ℃：3种草 酸盐的共稳定区。 500 ℃～620 ℃：3种碳 酸盐的共稳定区。
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。
2、 基本原理
?TG与DTG 的测量都要依靠 热天平 热天平种类 （根据试样与天平横梁支撑点之间的相对位置）
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。 dm/dt = f ( T或t )
几个重要物理量
? 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
?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 0.510℃/min 为宜。
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。
1953年 W.L.De Keyser在热重分析仪器基础上发明了微熵热 重仪，得到了热重—微熵热重曲线图。
1964年美国的瓦特逊（Watson）和奥尼尔（O‘Nei）ll 在DTA 技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC），美国PE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。