Balance
Gas flow
Shimadzu TGA-50H 岛津TGA-50H热重分析仪结构示意图
TA TGA Q5000IR
Q5000IR（红外加热炉）可以提供最广泛加热速率范围的热重分析仪。 1分钟之内能从室温加热到1000℃，瞬间加热速率超过2000℃/min。 线性加热速率能够轻松达到500℃/min，能够真实模拟快速加热过程。
600.00
400.00
200.00
0.00 80.00
TGA %
100.00
50.00
0.00 0.00
200.00
400.00 Temp [C]
600.00
DrT GA mg/min 0.10
0.00
-0.10
-0.20 800.00
线性升降温加等温
横坐标一般为时间，时间-温度线示于图中
DrT GA
水平式双天平可以减弱这种漂移
Balance
Gas
flow
TA SDT Q600
试样支架
试样支架的作用是支撑试样座、坩埚、试样等。由于它的一 部分要伸入炉膛，因此除了用耐高温材料制作外，支撑杆 或丝的尺寸要适当长，以最大可能减小热传导、热辐射、 气流等因素对热重的影响。
2.5 热天平的工作方式
按天平的工作方式（测定质量方式）可分为 偏移式(或称开环式)和回零式(或称闭环式) 偏移式天平 试样质量的大小直接与天平的偏移量成正比 。偏移量的大小通常由位移传感器转变成电 压信号，经放大后通过计算机采集、显示或 打印下来 早期的热天平大多采用偏移式天平结构
TGA
mg/min
%
Thermal Analysis Result
1 0 0 .5 0
[Temperature Program]
Temp. Rate Hold Temp. Hold Time Gas
[ C/min ] [ C ] [ min ]
10.00 150.0 120
Air
10.00 200.0 120
热事 件 熔融 熔融 熔融 熔融 熔融 熔融 结晶 结晶 结晶 熔融 熔融 熔融 熔融 熔融 熔融 熔融 结晶 熔融 熔融
转变温度 （℃） 156.60 231.88 327.47 419.47 585.0+0.5 670.5+0.5 -151.16 -135.06 -87.06 6.54 0.00 -90.56 -56.76 -29.66 -9.65 28.24 72.14 75.94 51.64
Gas flow
Balance
Shimadzu DTG-60H
水平式（样品在底部）
优点：无需悬挂，试样支架直接挂在天平横梁的一 端，水平伸入炉膛内，结构更为简单，通入气流量 的波动对热重测量结果影响很小，浮力效应较小
缺点：需要大流量气体，样品和传感器放置较难， 传感器的膨胀加热过程中由于横梁的膨胀会产生增 重现象
吊丝熔断失重法
标定温
用标定温度用的金属丝制成直径小于0.25mm的
度用的 金属丝
吊丝，把一个质量约5mg的铂线圈砝码用此种吊
丝挂在热天平的试样容器一端，当温度超过可熔
断的金属吊丝的熔点时，砝码掉下，TG曲线即
理研究 新化合物的发现
2.2热重分析仪的主要组成部分
热天平框图
2.3热天平的结构形式
热天平有多种结构形式及运行状态 按试样与天平刀线之间的相对位置划分，有下皿式、上皿式和
水平式三种 天平刀线是指玛瑙中刀刀口线的延长线
1-坩埚 2-炉子 3-保护管 4-天平 5-平衡锤
上皿式(a)、下皿式(b)和水平式(c)热天平结构示意图
Air
10.00 300.0 120
Air
10.00 700.0 0
Air
0.00
1 0 0 .0 0
Temp C 600.00
TGA %
1 0 0 .5 0
1 0 0 .0 0
400.00
Thermal Analysis Result
[Temperature Program]
Temp. Rate Hold Temp. Hold Time Gas
0.4
0.2
0.0
-0.2
600
800
Universal V4.1D TA Instruments
等温实验
J Therm Anal Calorim (2012) 107:241–248
微商热重曲线（DTG曲线）的优点
能温准度确Te和反T映f 出起始反应温度Ti，最大反应速率 更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，
1 0 0 .0 0
2 0 0 .0 0
3 0 0 .0 0
4 0 0 .0 0
Time [min]
广泛认可的作图
0 .0 0
2 0 0 .0 0
4 0 0 .0 0
6 0 0 .0 0
Temp [C]
不恰当的作图
2.8热重曲线的标定
标准物质分解法
标准物质应满足： 在分解温度前的温度区域里 应有足够的稳定性； 初始分解温度应具将较好的 重现性； 不同来源得到的同种标准物 质，其初始分解温度应具有 较小的差异
回零式（闭环式）热天平
近代电子微量天平大多采用回零式 精度要比偏移式的高 当试样质量变化而发生偏移时，用自动方式加到 天平上一个与试样质量变化相等并相反的回复力( 或力矩)，使天平回到原始的平衡位置，即所谓的 回零式
自动回零式微量扭力式天平的工作原理
当加一质量m在秤盘左边时，天
平横梁支架连同扁形张丝、线圈 和铝制遮光小旗一起逆时针转动， 此时光敏三极管所受到光源的照 射强度大，光敏三极管内阻减小， 放大器就有输出电压，其输出电 流流进后张丝到线圈，再流出前 张丝经电阻到地，线圈中的电流 在永久磁场下将受力而产生一个
转变焓 （J/g） 28.45 60.46 23.01 108.37 33.26 35.56 69.45 4.94 79.58 31.25 333.88 140.16 182.0 202.09 216.73 241.42 18.74 175.31
热焓校正物质的熔点与熔化焓
元素或化合物的 名称 联苯 萘 苯甲酸 铟 锡
熔点/℃
69.26 80.3 122.4 156.6 231.9
熔化焓 J·g-1
120.41 149.0 148.0 25.8 60.7
元素或化合物的名 称 铅 锌 铝 银 金
熔点/℃ 327.5
熔化焓 J·g-1
22.6
419.5 113.0
660.2 396.0
690.8 105.0
1063.8 62.8
非等温（或动态）热重法 程序（线性）升降温 横坐标一般为温度，时-温线不必示于图中 一般用10℃/min加热速率
DrT GA
TGA
mg/min
%
0.10 100.00
0.00 50.00
-0.10
0.00 -0.20
0.00
20.00
40.00
60.00
Time [min]
Temp C 800.00
所需样品量少 可以用来研究反应机理 实验温度范围和可选加热/降温速率广泛
应用广泛 热重法有力地推动了无机化学、分析化学、有机化学、高 分子聚合物、石油化工、人工合成材料科学的发展，同时 在冶金、地质、矿物、油漆、涂料、陶瓷、建筑材料、防 火材料等方面也十分广泛，尤其近年来在合成纤维、食品 加工方面应用更加广泛。
热惯性与加热速率和 炉子体积有关
实验容器--坩埚 铝坩埚一般不用于TGA实验！
支架—吊篮
上皿式（样品在上部）
避免了下皿式天平的缺点 优点：更换样品容易
样品室更换容易 样品放置稳固 缺点：结构设计复杂 需用较大质量的平衡锤来避免试 样支持器的倾倒 由于天平总负荷的增大，限制了 天平测量灵敏度和精度的提高 浮力效应（减基线）
顺时针的力矩，来克服质量m所
产生的力矩，而达到平衡。
被测质量m所产生的力矩： M1＝mgL1
L1为被测质量与支点间的下垂平行距离； g为自由落体的加速度 线圈电流I在磁场中所产生的力矩：
M2＝WFD＝WBIL2D W为线圈匝数；F为线圈一根导线在磁场中所受的力；B为线圈所
处的磁通密度；L2为线圈在磁场下的有效长度。 天平平衡时，
热重法通常称热重分析（TGA），记录的曲线称为热重曲 线或TG曲线，不能叫作热谱图（Thermogram）。
热重法不能称为热失重！TG曲线一般不称TGA曲线
微商热重法（DTG，Derivative Thermogravimetric Analysis ） 实验所得的TG曲线对温度或时间的微分可得到一阶微商曲线 DTG和二阶微商曲线DDTG 目前使用最多的是一阶导数，即质量变化速率，作为温度或时间 的函数被连续地记录下来，也即
[ C/min ] [ C ] [ min ]
10.00 150.0 120
Air
10.00 200.0 120
Air
10.00 300.0 120
Air
10.00 700.0 0
Air
DrT GA mg/min
0.00
9 9 .5 0
200.00
9 9 .5 0
-0.01
-0.01
0.00
0 .0 0
常见转变在热重曲线上的反映
样品品质 -固体 -结晶 -半结晶
-无定形 -半结晶
-常规
-液态 -反应性样品
变化 熔融 再结晶 升华 固固转变 玻璃化转变 不发生Tg的软化 交联 分解 键合脱除 蒸发 化学反应 反应度 %
TGA
TG曲线只 能作为辅助 手段证明
热重法的特点