实验七：热重分析仪（TGA法）测定草酸钙的热分解曲线（理工楼114） 一、实验目的： 1. 熟悉热重分析仪的基本结构和工作原理 2. 了解热重法分析物质成分的原理 二、实验原理： 当物质受热分解时，不同物质的分解温度和失重量也有所不同。如一水合草酸钙受热分解在约220-400℃时以草酸钙形式存在，在约520-780℃时以碳酸钙形式存在，在830℃以上以氧化钙形式存在。而二水合草酸镁在150℃即分解，在520-780℃时已以氧化镁形式存在。利用物质的这一特性，可以通过检测某一特定温度下的物质失重量来分析物质的成分。 以钙镁草酸盐混合物为例，对其进行热重分析，可从热重曲线推出钙、镁离子的含量。设x，y分别为混合液中钙和镁的质量，m和n分别为试样在600℃（MgO+CaCO3）和900℃（MgO+CaO）时由热重曲线测得的质量，则有：x?MCaCO3/MCa + y?MMgO/MMg = m （1） x?MCaO/MCa + y?MMgO/MMg = n （2） 式中MCaCO3，MMgO，MCaO分别为CaCO3，MgO，CaO的化学式量，MCa，MMg分别为Ca和Mg的原子量，通过测量m，n即可算出钙、镁的含量。 三、样品： 草酸钙标准品不经过处理，直接使用。 四、仪器与试剂 1．TA Instrument 公司TGA Q50热重分析仪。 2．已制备好的样品 3．金属铂盘，镊子，小勺 五、实验步骤（下述内容随堂修改） 1. 通气根据实验需要在通气口通入保护气体，将气瓶出口压力调节到一定压力（？Mpa）. 2．开机依次打开专用变压器开关，TGA-50开关，工作站开关，同时开启计算机及打印机开关。 3．调节气体流量将仪器左侧流量控制钮旋至25ml/min至50ml/min。 4．天平调零按TGA-50控制面板键，炉子下降，将样品托板拨至炉子瓷体端口（注意为避免操作失误导致杂物掉入加热炉中，在打开炉子操作时，一定要将样品托板拨至热电偶下），用镊子取一只空坩埚小心放入白金样品吊篮内，移开样品托板，按键升起炉子，待天平稳定后，调节控制面板上平衡钮及归零键，
什么是热分析？ 热分析是在程序温度（指等速升温、等速降温、恒温或等级升温等）控制下测量物质的物理性质随温度的变化，用于研究物质在某一特定温度时所发生的热学、力学、声学、光学、电学、磁学等物理参数的变化。由此进一步研究物质的结构和性能。 热重法：在程序温度控制下测量试样的质量随温度变化的一种技术。 用途：用来测量金属络合物的降解、物质的脱水、分解等 垂线：很容易折损，而又价额昂贵。每次做完样后的清洗要小心。 垂线的清洁 如右图所示，用针筒抽取乙醇冲洗。如果乙醇不能清洁，也可选用其他的溶剂清洗。操作时，加热炉要放回机器内，以免溶液滴到加热炉内。 切忌用火烤，会造成不可逆的仪器损坏。 支撑管的清洁 可以用镊子垂直方向小心取出，注意不要碰到加热模块。然后可以用乙醇清洗，如果还是擦不干净，也可以用洗液泡。 然后擦干放加热炉即可 样品托盘及挂钩 清洁时，用黑色小板托住样品托盘后再取下。然后分别用酒精灯灼烧切忌， 不能放在一起烧，因为挂钩很细，加热后变软，如果还加上托盘重量，就很容易变形。
TGA 图怎么看？ TGA 举例1： 取点规则，一般在平 台的两边。 失重线，纵坐标为重量剩 余百分比。 微分线，由失重线的失重速度快慢所得到，即△W/△T 如有特殊报告要求，也可以选△Y ，△X ，Onset 等。 横坐标也可以是时间，如果这时作微分线，那微 分线得意思就是△W/△Time 80℃-120℃左右，一般为游离水的失重造成
TGA举例2 TGA举例3 这个失重的开时温度比前一个要早一些。推测它的失重是由水或某种有机溶剂的残留引起的。 30℃-60℃可能是因为有 机溶剂引起的失重，列入 乙醇等。 150℃和300℃是样品的分部分解 引起的
全球最先进动态热机械分析仪 MICOFORCE 米力光 动态热机械分析仪DMA可以测量的材料范围非常的宽。如：弹性体、热塑性塑料、热固性流体、复合材料、涂料和胶粘剂、陶瓷、金属等。特别是高分子材料方面应用最为广泛，由于其粘弹本质，其机械性能具有温度和频率的依赖性。DMA测量的材料性能包括：模量、阻尼、玻璃化温度、软化温度、固化速率和固化度、粘度、凝胶点、吸声性和抗冲击性、蠕变、应力松弛等性能。橡胶动态热机械分析仪DMA，复合材料动态热机械分析仪DMA，金属动态热机械分析仪DMA,陶瓷动态热机械分析仪DMA.橡胶动态热机械分析仪可以用于聚氨酯、生胶, 母胶和混炼胶、天然橡胶、丁腈橡胶、未硫化橡胶、硫化橡胶、环保油丁苯橡胶、充芳烃油丁苯橡胶、锡偶联溶聚丁苯橡胶、塑性丁苯橡胶、反式异戊橡胶釜内合金TPIR、乳聚丁苯橡胶ESBR、溴化丁基橡胶BIIR、和子午线轮胎的动态弹性模量 BOSE Electroforce DMA是目前国际上动态力和静态力最高的、变范围应最宽、温度范围最大的材料动态热机械分析仪，适用于塑料、橡胶、复合材料、纤维、陶瓷、金属、食品、医药、轮胎、航空航天特种材料等众多高端科研领域。BOSE 公司是世界500强公司，采用了全世界最先进的电磁驱动技术，把静态力和动态力做到最高，使得仪器拥有无与伦比的驱动控制能力和测试精度，测试数据重复性特别好。 通过dma测试，可以得到材料的动态模量、损耗角、阻尼等动态粘弹性能，考察材料的动态性能随温度、频率、时间的依赖关系，了解材料的组成和内部结
构信息，指导材料配方设计和新材料研发。由于材料动态力学测试的目的是要考察试样的微观内部结构和组成对材料实际宏观应用性能的影响，因此一款高性能和高精度的动态力学分析仪是十分必要的，而dma则是您的最佳选择！ 由于Electroforce3550的动态力高，因此，除了常规的塑料树脂类材料测试外，还擅长测试各种金属、橡胶、弹性体、高强度复合材料、金属陶瓷等的动态拉伸、压缩、剪切等动态力学性能。 主要特点： 力值高，不仅满足常规聚合物塑料测试，更满足橡胶弹性体、金属陶瓷等各类材料的动态测试需要，最高力值15KN. 应变大，高应变范围，适合弹性体的动态拉伸应变、疲劳动态测试,，最大位移50mm. 一个电机控制，动态测试更稳定，性能更强大。 可配置各种脉冲动态载荷，例如轮胎脉冲、三角波、矩形波等类型的载荷，模拟实际力学状态。 世界500强制造，质量可靠。 技术参数： 动态力最高15000N，静态力高达10000N； 应变范围达50mm； 低温－150°C，高温可达1500摄氏度；
热重分析仪方法 当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O 中的5个结晶水是分三步脱去的。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)。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。 热重分析仪的工作原理 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。 最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 影响热重分析的因素 试样量和试样皿 热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。 试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以像碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。 升温速率
热重分析仪的原理与适用 热重分析仪简称为是一种利用热重法检测物质温度与质量变化关系的仪器。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。 热重分析仪的基本原理： 在程序控温下，丈量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失往结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。 通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失往了多少物质。 热重分析仪广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控等。对于来说，炉体的冷却时间和天平的稳定时间非常重要。不同的厂家这两项指标不同，选购不好将直接影响用户的工作效率。 下面先分析一下天平的稳定时间和炉体冷却时间对工作效率的影响，有的厂家天平需要半小时甚至更长时间才能稳定，有的厂家天平只需要几分钟就能稳定。 测试是很费时间的，天平稳定快，冷却速率快的的一天（10个小时）能测试四个样品时间还有剩余;天平稳定慢，冷却速率慢的一天（10小时）也就测试2个试样，时间还很紧张。 所以选择的时候，首先要考虑天平的稳定时间，这样才能保证使用时的方便性。
其次，试样皿的选用题目。适合分析的试样皿要求能耐高温，而且针对不同的分析样品应该选择合适的试样皿。 通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品。 热重法的重要特点是定量性强，能正确地丈量物质的质量变化及变化的速率，可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。 所以在塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域应用广泛。 标签: 热重分析仪
热重分析仪 热重分析仪 热重分析仪（Thermo Gravimetric Analyzer）是一种利用热重法检测物质温度-质量变化关系的仪器。热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。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)。 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。 热重分析仪原理 热重分析仪的工作原理 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。 最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记
录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 影响热重分析的因素 试样量和试样皿 热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。 试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。 升温速率 升温速度越快，温度滞后越严重，如聚苯乙烯在N2中分解，当分解程度都取失重10％时，用1℃/min测定为357℃，用5℃/min测定为394℃相差3 7℃。升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水的一些中间物。 气氛的影响 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著，CaCO3在真空、空气和CO 2三种气氛中的TG曲线，其分解温度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO 3分解产物，气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解，使分解温度提高。 聚丙烯在空气中，150～180℃下会有明显增重，这是聚丙烯氧化的结果，在N2中就没有增重。气流速度一般为40ml／min，流速大对传热和溢出气体扩散有利。 挥发物的冷凝 分解产物从样品中挥发出来，往往会在低温处再冷凝，如果冷凝在吊丝式
3.热重分析仪（TG） 一、实验目的及要求 1.了解热重分析法的基本原理和热重分析仪的基本构造； 2.掌握热重分析仪的使用方法 二、实验原理 样品在热环境中发生化学变化、分解、成分改变时可能伴随着质量的变化。热重分析就是在不同的热条件(以恒定速度升温或等温条件下延长时间)下对样品的质量变化加以测量的动态技术。热重法是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。热重分析的结果用热重曲线或微分热重曲线表示。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)为横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。 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。最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 三、实验仪器 热重分析仪（SDT）Q600 能够同时提供DSC和TGA信号。在加热或冷却的过程中，随着物质的结构、相态和化学性质的变化都会伴有相应的物理性质的变化，SDT是测量物质质量变化的仪器。这些变化过程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。美国TA仪器公司生产。 技术参数: 温度范围：室温～1500℃；温度准确度：±0.1℃；量热精度：±2%；重量灵敏度：0.1μg；重量漂移：<1μg/h；加热速度：0.1～100℃/min 主要附件：Q系列Advantage操作软件及分析软件 功能应用：无机物、有机物和高分子材料的热分解温度、无机物、有机物和高分子材料的热重变化及变化速率。测定热稳定性、抗热氧化性；热分解及失重阶梯失重量；测定化合物的组成；测定吸附水、结晶水、结合水、配位水的含量；吸湿性、脱水速率；干燥工艺条件测定；热分解速率测定；热降解和热氧降解过程测定；热降解及热氧降解动力学参数测定；药物存放期预测等。 四、注意事项 样品要求：固体、液体样品均可做；固体样品要求颗粒均匀，样品粒度尽量磨成小颗粒；样品量：几个毫克到10毫克之间均可。
动态热机械分析测试 一、实验目的 1.熟悉动态力学分析仪（DMA）的的使用方法和工作原理，了解不同样品的测试方法和 手段。 2.通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不 同的力学状态。 3.掌握玻璃化转变温度Tg 的求取并根据曲线得出一些结论，分析材料的热力学性质。 二、实验原理 动态热机械分析仪是研究物质的结构及其化学与物理性质最常用的物理方法之一，分析表征力学松弛和分子运动对温度或频率的依赖性，主要用于评价高聚物材料的使用性能、研究材料结构与性能的关系、研究高聚物的相互作用、表征高聚物的共混相容性、研究高聚物的热转变行为等。主要包括：①高聚物的玻璃化转变以及熔融行为；②高聚物的热分解或裂解以及热氧化降解；③新的或未知高聚物的鉴别；④释放挥发物的固态反应及其反应动研究；⑤高聚物的吸水性和脱水性研究，以及对水、挥发组分和灰分等的定量分析；⑥高聚物的结晶行为和结晶度；共聚物和共混物的组成、形态以及相互作用和共混相容性的研究。 所谓动态力学是指物质在交变载荷或振动力的作用下发生的松弛行为，所以DMA 就是研究在程序升温条件下测定这种行为的方法，高聚物是一种粘弹性物质，因此在交变力的作用下其弹性部分及粘性部分均有各自的反应，而这种反应又随温度的变化而改变。高聚物的动态力学行为能模拟实际使用情况，而且它对玻璃化转变、结晶、交联、相分离以及分子链各层次的运动都十分敏感，所以它是研究高聚物分子运动行为极有用的方法。 如果施加在试样上的交变应力为ζ，则产生的应变为ε，由于高聚物粘弹性的关系，其应变将滞后于应力，则ε、ζ分别以下式表示： ε=ε0exp iωt ζ=ζ0exp i(ωt+δ) 式中ε0、ζ0——分别为最大振幅的应变和应力； ω——交变力的角频率；δ——滞后相位角。 i=-1，此时复数模量：E*=ζ/ε=ζ0/ε0exp iδ=ζ0/ε0(cosδ+i sinδ)=E’+i E’’ 其中E’=ζ0/ε0 cosδ为实数模量，即模量的储能部分，而E’’=ζ0/ε0 sinδ表示与应变相差丌／2的虚数模量，是能量的损耗部分。另外还有用内耗因子Q-1 或损失角正切tanδ来表示损耗，即Q-1=tanδ=E’’/E’（或tanδ=G’’/G’， G 为切变模量）。
DMA动态热机械分析仪的选择 动态热机械分析仪DMA是材料测试分析应用中应用范围最广的一种设备，像弹性体、塑料、陶瓷、建材、金属、纸张、涂料油漆等膏状体、流体等等。尤其在弹性体研究领域，DMA测试有着不可替代的作用。但是目前市面上有多种DMA，其力值范围大小、可测试频率范围高低、机架刚度等均有差异，我们在 设备选型的时候带来很多困惑-什么样的DMA才真正满足我们的应用？尤其 对于目前科研主流的阻尼性材料和轮胎领域的橡胶动态热分析仪研究，我们稍作探讨。 在DMA的重要指标里，不同DMA之间差异主要机架刚度设计、力值范围 和频率范围、位移范围、温度范围及速率控制等。 1、力值的选择：DMA不像万能材料试验机，弹性模量高的材料并不意味 着需要大力值。应根据具体情况而定。但也并不是小载荷就能满足我们的应用。载荷太小，势必被测试样也要求过小，这种试样的边界条件就会对测试结果有很大的影响，如试样的表面粗糙度、表面状态、试样形状、材料特性（纤维、晶须、颗粒复合材料）等。根据研究表明，由于橡胶材料在玻璃化转变前后的模量变化最大（有时能达到7个数量级的变化），橡胶材料需要的力值范围最大（通常建议最好5个数量级以上），尤其目前某些行业应用于阻尼减震等领域的特种硅氟橡胶，其玻璃化转变温度几乎能达到-100°C，高温耐受程度也优于常规橡胶，在 进行此类测试有时可能需要进行-120°C~120°C的大范围的温度扫描，在这个过程中其力值变化要跨越数个数量级，这就要求测试设备必须有大的力值范围。比如，最大力值为500N，最小力值应小于0.005N。所以，DMA要求的是一个力 值范围，而不是一个力值。在-0.005N到0.005N的区间，精度范围较低（各 厂家都应提供这个测试盲点范围）。而在厂家表明的力值范围内（0.005到500N），精度较高。所以我们在选择DMA的力值时，更应关注力值范围。尤其是最小力 值能达到什么样的数量级。对于橡胶、金属、复合材料等，根据我们的具体应用，可以选择100~200N左右就够用了。较小力值的DMA，由于受其最小力值限制，在测试橡胶类的宽模量样品时无法同时兼顾高低温，略显不足（目前市场上DMA 测试最小力值最好的测试最小力值能达到0.001N，像Metravib公司的DMA系列）；当然更高力值的DMA会更好，但价格会贵很多。
热重分析仪的工作原理 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。 最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 热重分析仪方法 当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO4&mid dot;5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。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）。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。 热重分析仪3D图 热重分析所用的仪器是热天平，它的基本原理是，样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。TGA 可以得到样品的热变化所产生的热物性方面的信息。 1、静态法：包括等压质量变化测定和等温质量变化测定。等压质量变化测定是指在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与温度关系的一种方法。这种方法准确度高，费时。 2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。微商热重分析又称导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，简称DTG），它是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。以物质的质量变化速率（dm/dt）对温度T(或时间t)作图，即得DTG曲线。
动态热机械法（DMA） 内容摘要:动态热机械法的原理和动态热机械分析仪，以及DMA在高聚物、复合材料、木材等材料研究领域中的应用． 关键词：原理；DMA分析仪；高聚物；复合材料 一、引言 动态热机械分析技术DMA (Dynamic Mechanical Analysis)是在程序控制温度下,测量物资在振动负荷下的动态模量或力学损耗与温度关系的技术。DMA是测定高分子材料的各种转变,评价材料的耐热性、耐寒性、相容性、减震阻尼效率及加工工艺性能等的一种简便的方法,并为研究高分子的聚集态结构提供信息。由于高分子的玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离等结构变化都与分子运动状态的变化密切相关,而分子运动的变化又能在动态力学性能上灵敏的反映,因此,动态力学分析是研究高分子结构变化-分子运动-性能的一种有效手段。对于研究高分子材料科学与材料工程方面有着重要的指导意义。 二、DMA的原理 众所周知,高分子具有粘弹性,在适当的条件下,会发生滞后现象,当施加交变应力,应变会滞后一个相位角?。这种滞后与其本身的化学结构有关,更是与外界条件的作用有关。DMA技术把材料粘弹性分为两个模量：一是储能模量E′，E′与试样在每周期中贮存的最大弹性成正比，反映材料粘弹性中的弹性成分，表征材料的刚度；二是损耗模量E″，E″与试样在每周期中以热的形式消耗的能量成正比，反映材料粘弹性中的粘性成分，表征材料的阻尼。材料的阻尼也称力学内耗(Damping of materials)，用Tan δ表示，材料在每周期中损耗的能量与最大弹性贮能之比，等于材料的损耗模量E″与贮能模量E′之比。当应变为Ε( t) =Ε sinΞt时,由于应力比应领变先一个相位角?δ。故 其中， ω是角频率， δ是相位角， 是应力峰值， ζ ε 是应变峰值。
热重法，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。 进行热重分析的仪器，称为热重仪，主要由三部分组成，温度控制系统，检测系统和记录系统。 通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成的产物等与质量相联系的信息。 从热重法可以派生出微商热重法，也称导数热重法，它是记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种技术。实验得到的结果是微商热重曲线，即DTG曲线，以质量变化率为纵坐标，自上而下表示减少；横坐标为温度或时间，从左往右表示增加。 DTG曲线的特点是，它能精确反映出每个失重阶段的起始反应温度，最大反应速率温度和反应终止温度；DTG曲线上各峰的面积与TG曲线上对应的样品失重量成正比；当TG曲线对某些受热过程出现的台阶不明显时，利用DTG曲线能明显的区分开来。 热重法的主要特点，是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。根据这一特点，可以说，只要物质受热时发生质量的变化，都可以用热重法来研究。图中给出可用热重法来检测的物理变化和化学变化过程。我们可以看出，这些物理变化和化学变化都是存在着质量变化的，如升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等。但象熔融、结晶和玻璃化转变之类的热行为，样品没有质量变化，热重分析方法就帮不上忙了。 热重法测定的结果与实验条件有关，为了得到准确性和重复性好的热重曲线，我们有必要对各种影响因素进行仔细分析。影响热重测试结果的因素，基本上可以分为三类：仪器因素、实验条件因素和样品因素。 仪器因素包括气体浮力和对流、坩埚、挥发物冷凝、天平灵敏度、样品支架和热电偶等。对于给定的热重仪器，天平灵敏度、样品支架和热电偶的影响是固定不变的，我们可以通过质量校正和温度校正来减少或消除这些系统误差。 气体浮力和对流的影响 气体浮力的影响：气体的密度与温度有关，随温度升高，样品周围的气体密度发生变化，从而气体的浮力也发生变化。所以，尽管样品本身没有质量变化，但由于温度的改变造成气体浮力的变化，使得样品呈现随温度升高而质量增加，这种现象称为表观增重。表观增重量可用公式进行计算。式中p为气体在273K时的密度，V为样品坩埚和支架的体积。 对流的影响：它的产生，是常温下，试样周围的气体受热变轻形成向上的热气流，作用在热天平上，引起试样的表观质量损失。
8 广 州 化 学 第38卷 热重分析仪 热重分析仪是一种利用热重法检测物质温度―质量变化关系的仪器。热重法是在程序温控下测定物质的质量随温度（或时间）的变化关系。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量可以计算失去了多少物质。热重法的重要特点是定量性强，能准确地测定物质的质量变化及变化的速率，可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。 热重法所测定的性质包括腐蚀、高温分解、吸附/解吸附、溶剂的损耗、氧化/还原反应、水合/脱水、分解、黑烟末等。目前广泛 应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化 剂、无极材料、金属材料与复合材料等 各领域的研究开发、工艺优化与质量监 控。具体包括：无机物、有机物及聚合 物的热分解；金属在高温下受各种气体 的腐蚀过程；固体反应；含湿量、挥发 物及灰分含量的测定；升华过程；脱水 和吸湿；爆炸材料的研究；反应动力学 的研究；发现新化合物；吸附和解析；催化活度的测定；表面积的测定；氧化 稳定性和还原稳定性的研究；反应机制 的研究等。 德国耐驰 （NETZSCH ）TG209F3型热重分析仪 技术指标： 1）温度范围：10～1 000℃； 2）升温与降温速率：0～100℃/min ； 3）冷却时间：10 min （1 000℃～100℃）； 4）宽广的称重范围：0～500 mg ； 5）天平解析度：1 μg （内部0.11 μg ）； 6）测量气氛：惰性，氧化性，还原性，静态，动态； 7）内置质量流量计，包含两路吹扫气体与一路保护气体，N 2流速为5～250 mL/min ， 气体流量控制精度为（1±1）mL/min ； 8）真空密闭结构，真空度可达10 Pa 。 德国耐驰TG209F3型热重分析仪
1热机械分析 TMA（thermomechanical analysis）热机械分析： 在加热过程中对试样进行力学测定的方法称为热—力法或热机械分析根据测定内容，热-力法可分为静态法和动态法两种。 1.静态热-力法 静态热—力法是对物质施加一定的负荷，测定其形变大小的方法。最初采用针入度法，用针状压杆触及试样，并施加负荷，随着温度上升到某一温度时，针状压杆急剧变动，此温度即作为试样的软化温度点。 如果在棒、膜或丝状试样的延伸方向施以力偶使之旋转，可以测定因温度变化而引起的模量变化。 采用拉伸法，也可以测定薄膜、纤维等物质的软化温度或热收缩参数等。因此可以根据使用条件，任意选取测定方法。 2.动态热-力法 动态力学测定可以确定贮能弹性模量和弹性损耗能量。如果能测定这两种物理量对频率的关系，可进行更详尽的热分析。 所属实验项目热机械分析（TMA）法测定塑 料的转变温度教材名称热机械分析（TMA）法测定塑料的 转变温度 教材简介 关键词制作日期2007-05-23 联系电话联系信箱 联系人课件是否完整播 放 精选内容 一、实验目的： 1、了解热机械分析的原理及方法，并测定有机玻璃的形变－温度曲线。 2、从形变－温度曲线了解聚合物的物理状态，并测定其玻璃化温度和粘流温度。 二、实验原理： 热机械分析是在等速升温下，测量样品由于温度变化所引起的模量或形变随温度变化的试验。本实验装置所画出的是形变－温度曲线。 形变－温度曲线的形状与升温速率，载荷大小及量程选择等实验条件有关。当这些参数都选定
之后，则仅仅与材料的组成、高分子的结构及聚集态结构有关。无定形线型聚合物的形变－温度曲线的基本形态如图1所示。随着温度的升高，聚合物分子中的原子振动，各基团的振动、转动以及分子链上的局部运动加剧使材料内部的自由体积增加。当自由体积达到2.5％左右时，分子链段能互移动，但整个分子链仍不能相互移动，于是材料从玻璃态转变到似革态。这一转变称为玻璃化转变。随着温度和链段活动性的进一步提高，聚合物材料进入高弹态。如果其分子量很大，且能在分子间形成较多的缠结或聚合物发生了化学交联，则这种橡胶平台区能延伸到很宽的温度范围。对于线型聚合物，随着温度的继续升高，不但链段运动更加剧烈，而且整个分子链也能够在应力作用下相互移动，这就导致聚合物进入粘性流动状态。有人还进一步把这种状态细分为橡胶流动和液体流动两段。这后一段，对塑料的成型加工极为重要。 温度 玻璃态 玻璃化转变 橡胶平台 区（高态态） 图1 无定形线型聚合物的形变－温度曲线示意图 即使是同一种聚合物，由于分子量的不同或支化、交联等情况的不同，曲线的形状也会不同。此外，还与聚集态结构或增塑剂的增加有关。聚合物结晶以后，曲线的形状要发生变化。结晶程度不同，曲线的形状也不相同。由此观之，TMA实验可以提供不少关于聚合物结构特点的信息。 三、实验设备： 1、热机械分析仪一台； 2、SWK-4C型数字温度控制仪一台； 3、WYJ晶体管稳压电源一台； 4、LZ3系列函数记录仪一台； 5、分压器一个； 6、基线校准用补偿线路一个。 四、实验步骤： 1、熟悉热机械曲线仪的构造及操作规程，其中包括SWK-4C型温度控制仪及LZ3系列函数记录仪的操作方法。 2、测量样品尺寸，并把样品放入样品池，装好压料杆（共有三节），加上所需砝码（本实验用三砝码，共658克），折合样品受力25kg/cm2。 3、将测量热电偶放入指定的孔内，至此，实验准备工作完毕。经实验教师检查合格后，可进行下操作。 4、按X-Y记录仪操作程序台上电源。打开直流电源开关（即WY-J晶体管稳压电源），输出电压控制为27V。接着将X-Y记录仪的X轴量程置于0.5mv/cm档，Y轴量程置于1mv/cm档。然后打开X-Y记录仪开关。旋转调另电位器，使记录笔位置停留在X=5cm，Y=5cm处。放下记录笔。 5、按照SWK-4C型温度控制仪的操作程序，合上电源（调压器在180V）启动仪器。按每分钟2?
动态机械分析仪(DMA)使用及管理办法仪器名称：TA Instruments Dynamic Mechanical Analyzer DMA 2980 厂牌：TA Instruments (美商沃特斯), USA 型号：DMA 2980 A.仪器简介 「仪器简介」(附件一) B.使用前注意事项及操作步骤 1.「管理办法使用安全事项」(附件二) 2.「操作步骤」(附件三) C.仪器管理 1.校内使用者请填写「预约使用申请书」(附件四) 2.校外使用者请填写「贵仪中心委托检测单」(附件五) 3.「仪器校正步骤」(附件六) 4.「管理、服务人员职责」(附件七)
附件一：仪器简介 动态机械分析仪(DMA) TA Instruments Dynamic Mechanical Analyzer DMA 2980 DMA 是测量样品在程式温度过程中，在一定频率的交变力的作用下的应变行为，测量其储能模量、损耗模量和损耗因数等参数随温度、时间与力的频率的函数关系。由此可以得到材料的粘弹谱（粘弹性能随温度与频率的变化关系），推断材料的内在结构转变如玻璃化转变、二级相变、链段松弛、蠕变等过程，并可计算相关的转变活化能。 仪器名称：TA Instruments Dynamic Mechanical Analyzer DMA 2980 厂牌： TA Instruments (美商沃特斯), USA 型号： DMA 2980 DMA 原理 所有材料在温度变化时都会有物性上的变化，如膨胀收缩、软化、交联硬化等，而为一窥材料在不同温度下的物性，常用的量测工具之一是动态机械分析仪(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA)。一般材料会受到自然界中的三种环境变化影响而改变其物理特性，分别为力量(Force)、 频率(Frequency)以及温度(Temperature)。施加大小不同的力量於材料时，材料特性会有所不同；施力的频率不同，材料特性亦有所不同，施力频率高则材料会变得更为坚硬，施力频率低则材料会较为柔软；相较之下，温度的变化即更为显而?DT ?DT ?DT
岛津DTG-60 热重分析仪操作规程 一. 样品分析 开机 打开DTG-60主机、计算机、TA-60WS工作站以及FC-60A气体控制器，通氮气，流量控制在30?50ml/min。 放置样品 (1)按DTG-60主机前面板的“ OPEN/ CLOSE键，炉盖缓缓升起。 ( 2 ) 把空白坩埚放置于左边参比样品盘，把空的样品坩埚放置于右边样品盘中，按 “ OPEN/ CLOSE键降下炉盖。 (3)TG基线(重量值)稳定后，按前面板的“ DISPLAY键，前面板屏幕显示重量值，按“ ZERO键，重量值归零，显示“”。如果归零后，读书跳动，可以多按几 次“ZERO键，直到读数为零，或者上下漂移很小。备注：通过面板上的“DISPLAY 键，可以使显示在温度、电压、质量之间切换。 (4)按“ OPEN/CLOSE键，升起炉盖,用镊子把右边样品盘上的坩锅取下，装上适量的样品，重新放到右边的样品盘上。样品质量一般为3-5mg,请保证样品平铺于坩埚底部，与坩埚接触良好。 (5)按“ OPEN/CLOSE键，降下炉盖。当屏幕显示TG(重量值)稳定后，仪器内置的天平自动精确称出样品的重量，并显示出来。 (注意：坩埚、样品均要用镊子拿取，不能用手，以免造成污染！ ) 设定测定参数 ( 1 ) 点击桌面上TA-60WSCollection Monitor 图标，打开TA-60WSAcquisition 软件。并在Detector 窗口中选择DTG-60AH。 (2)点击“ Measure” 菜单下的“ Measuring Parameters ” ,弹出“ Setting Parameters ” 窗口。 在“Temperature Program” 一项中编辑起始温度以及温度程序。例如：如图设定一个温度程序，起始温度40C，以10C/min的速度升温到450C，保持10min。 在Sampling Parameters窗口中，把Sampling Time设定为1sec (标准品校正时 设定为） 在“ File Information ”窗口中输入样品基本信息。包括：样品名称、重量、坩埚材料，使用
热重分析仪操作说明 一、注意事项： 1、测试温度如超过500℃，将铝坩埚换成陶瓷坩埚； 2、样品为强酸强碱时，需稀释后方可测试； 3、测试液体样品时，液面不宜超过坩埚的1/2，固体粉末少于坩埚的1/3； 4、测试前，需保证样品不与坩埚反应； 5、测试温度较高时，空坩埚做空白实验，将空白实验曲线作为基线调入，再进行测试； 6、注意操作板上的室内温度，不可有较大波动，波动不可超过±0.5℃； 7、测试时需保证测试环境无明显空气流动、噪声或震荡。 二、操作步骤 1、开机30分钟，打开软件，待仪器稳定； 2、取两空白坩埚（若测试超过500℃，必须使用陶瓷坩埚！）放于测试杆上，盖上炉盖， 点击仪器操作版上的“清零”，“DSC”和“TG”数值为零（数值误差《±0.1）方可 进行下一步操作； 3、在电脑操作平面上点击“设置”→“通信连接”连接仪器与电脑→点击“设置”→ 选择“参数设置”→输入所需参数→点击“设置”→点击三角符号的“开始”按钮，进行测试。 4、空白实验结束后，待仪器冷却至室温→把坩埚放至测试杆上→点击仪器控制面板 “清零”键，待“DSC”和“TG”数值为零后取出一只坩埚，装样品，再将坩埚放 入炉内→点击“设置”→选择“参数设置”，输入所需参数后点击“设置”→“文 件”→选择“调入基线”，选择所需基线，点击“开始”，进行测试。 三、数据整理 1、热失重：点击“数据分析”→“热失重”→输入所需起止温度→点击“OK”。 2、熔点（热焓）：点击“数据分析”→选择“熔点（热焓）”→鼠标移至DSC曲线， 选择开始温度，点击鼠标左键→将鼠标移至DSC曲线上，选择结束温度，点击鼠标 右键。
仪器名称: 热重分析仪 参考型号：TG209F3 参考品牌：耐驰 数量: 1 套 技术描述: 1 用途 应用于塑料,橡胶,涂料,药品,催化剂等领域,研究材料的热稳定性,分解过程,氧化与还原,水分与挥发物的测定,实现材料老化和分解过程的产物分析,原材料的特征分析以及合成反应的分析等功能, 2 工作条件 2.1 环境温度：0 - 40℃； 2.2 相对湿度：20-70%； 2.3 电源规格：220V ( AC )，50Hz。 3 技术规格 1. ★温度范围: RT..1000℃ 2. 系统结构: 天平下置式的垂直结构,便于与傅立叶红外联用. 3. 样品重量范围：2g 4. ★热重重量变化范围：2g 5. 天平分辩率：0.1μg 6. 升温速度：0.001—100K/min 7. ★C-DTA技术: 可校正的差热功能 8. 温度精度: 0.2℃ 9. ★真空度:< 10-2mbar. 10. 联用技术:可与傅立叶红外联用 11. 测试气氛：惰性、反应气体 12. 气体切换功能: 自动气体切换，质量流量计 13. 中英文可自由切换的操作界面，使得用户快速，简便的掌握仪器。 14. 热重曲线超解析功能 4 必备的附件、备件和专用工具 1. ★恒温水域,带压力水泵, 15l/min. 加热功率2000W, 温度稳定性0.03K, 数字温度显示. 一套 2. 流量控制计(三路输入,2路输出) 一套 3. 软件控制真空泵一套;
4. 标准样品( In, Sn, Bi, Zn, Ag, Au) 一套 5. 样品支架系统(P型) 三套 6. 中英文热分析测试,分析软件一套; 7. ★可校正的差热分析软件一套 8.进口氧化铝坩锅10套 9.★专业辅助装置 用于平面测量的样品支架组件, 尺寸：20... 25.4mm, 最大厚度1mm 一套; 单片样品支架,12.7mm,圆形4套; 样品支架遮罩, 孔径9.8mm&12.7mm 4套; 15.工具: 内六角工具一套 呆板一套 镊子一把 5 文件资料 提供样本、用户操作手册及安装维护手册 6、保修、维修以及软件升级 6.1）保修期从系统验收后生效，为期一年 6.2）用户报告故障后8个小时内技术响应，确认需要维修时工程师48小时内到现场 6.3）在不涉及硬件升级的情况下终生免费升级控制和数据处理软件 6.4）在质保期内，每半年工程师随访一次，每次两天，时间双方协商确定 7、培训 1）★技术保障:货物供应商需要在上海设有应用实验室,在应用实验室有我所需要的同型号仪器供测试样品,方便,快捷的进行技术对比、同时设有培训中心，可以随时为用户提初级和高级培训。 2）品质保证：安装验收后一年内，全机免费保修。 3）安装、调试保证： 收到用户安装仪器通知后, 在两周之内, 厂方安排安装工程师前往现场免费安装调试仪器。时间约为3天。仪器安装后，仪器公司安装工程师为用户提供现场培训。仪器使用6-8周后，仪器公司应再派应用工程师提供现场解决疑难问题，所有费用由公司承担。 4）培训： A）在用户现场进行安装调试时，进行现场进一步培训。