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7
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 %
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TGA TG曲线只 能作为辅助 手段证明
8
热重法的特点
定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率
Hale Waihona Puke 0.60.40.2
0.0
-0.2
600
800
Universal V4.1D TA 4Instruments
等温实验
J Therm Anal Calorim (2012) 107:241–248
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5
微商热重曲线（DTG曲线）的优点
能温准 度T确e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，
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热重法的典型应用
无机物及有机物的脱水 和吸湿
无机物及有机物的聚合 与分解
矿物的燃烧和冶炼
金属及其氧化物的氧化 与还原
物质组成与化合物组分 的测定
煤、石油、木材的热稳 定性
金属的腐蚀
物料的干燥及残渣分析
升华过程 液体的蒸馏和汽化 吸附和解吸 催化活性研究
固态反应
爆炸材料(含能材料)研究 反应动力学研究，反应机
水平式双天平可以减弱这种漂移
Balance
Gas
flow
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TA SDT Q600
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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。
下皿式（又称吊篮式）
Balance
样品在底端
优点：热天平的悬挂系统结构简单、 质量较轻，因此可用于高灵敏度的仪 器。
缺点：
天平易受下方加热炉内上升的热气流、
热分解产物和热量等干扰，在试样坩
埚附近产生较大的对流。由于横梁一
端受热，使热重基线漂移加大
Gas flow
热分解产物容易附在试样坩埚和吊丝 上，使测量误差增大
第2章 热重分析法
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1
2.1 基本概念
热重分析法（TG/TGA， Thermogravimetric Analysis ）
在程序控制温度和一定气氛条件下，测量物质的 质量与温度或时间关系的一种热分析方法。 其数学表达式为：
ΔW=f（T）或f（τ） ΔW为重量变化，m0-m T是温度，动力学分析时用绝对温度 τ是时间，一般单位为s，等温时间过长时可用min或h。 热重法实验得到的曲线称为热重曲线（即TG） TG曲线以质量（或百分率%）为纵坐标，从上到下表示 质量减少，以温度或时间作横坐标，从左自右增加
热惯性与加热速率和 炉子体积有关
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实验容器--坩埚 铝坩埚一般不用于TGA实验！
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支架—吊篮
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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）
理研究 新化合物的发现
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2.2热重分析仪的主要组成部分
热天平框图
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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
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上皿式(a)、下皿式(b)和水平式(c)热天平结构示意图
Gas flow
Balance
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Shimadzu DTG-60H
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20
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21
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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
实验结果与实验条件有关（双刃剑）
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。
操作不太方便，放置样品困难
传感器的位置取决于样品的位置
更换传感器困难
有害气体冲进天平室
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Shimadzu TGA-50H
岛津TGA-50H热重分析仪结构示意图
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TA TGA Q5000IR
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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。
dw f (T ) dT
或
dw f (t) dt
dw dw1dw dT dt dt
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3
Weight (%) Deriv. Weight (%/°C)
线性加热
120
100
80
纵坐标为dW/dt 60 横坐标为温度或时间
40
20
0
0
200
400
Tem.perature (°C)
1.2
1.0
0.8
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
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2
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
DTG比TG分辨率更高 DTG曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重
量，较TG能更精确地进行定量分析 能方便地为反应动力学计算提供反应速率
（dw/dt）数据 DTG与DTA/DSC具有可比性，通过比较，能
判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起 的峰。TG对此无能为力
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DTG与DTA/DSC曲线具有可比性 DTA/DSC的信息要比DTG多一些