热分析中的联用技术

岛津DTG-60H热分析实验一．实验原理热分析（thermal analysis）是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术，在加热和冷却的过程中，随着物质的结构、相态和化学性质的变化，通常伴有相应的物理性质的变化，包括质量、温度、热量以及机械、声学、电学、光学、磁学等性质，依此构成了相应的各种热分析测试技术。

表1列出了几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数和有关仪器。

其中最具代表性的三种方法：热重法（TG），差热分析（DTA），差示扫描量热法（DSC）。

本实验使用的岛津DTG-60H是一类差热（DTA）—热重（TG）同步测定装置。

热重法（Thermalgravimetry, TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量和温度关系的一种技术。

热重法记录的是热重曲线（TG曲线），它是以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度（T）或时间（t）作横坐标，自左向右表示增加。

用于热重法的仪器是热天平，它连续记录质量和温度的函数关系。

热天平一般是根据天平梁的倾斜与质量变化的关系进行测定的，通常测定质量变化的方法有变位法和零位法两种。

变位法利用质量变化与天平梁的倾斜成正比关系，用直接差动变压器检测。

零位法根据质量变化引起天平梁的倾斜，靠电磁作用力使天平梁恢复到原来的平衡位置，所施加的力与质量变化成正比。

DTG-60H采用的为变位法。

只要物质受热时发生质量的变化，就可用热重法来研究其变化过程。

其应用可大致归纳成如下几个方面：（1）了解试样的热（分解）反应过程，例如测定结晶水、脱水量及热分解反应的具体过程等；（2）研究在生成挥发性物质的同时所进行热分解反应，固相反应等；（3）用于研究固体和气体之间的反应；（4）测定熔点、沸点；（5）利用热分解或蒸发、升华等，分析固体混合物。

图1为在相同实验条件下测得的聚氯乙烯（PVC），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），高压聚乙烯（HPPE），聚四氟乙烯（PTPE）和芳香聚四酰亚胺（PI）的热重曲线。

热重及其联用技术在烟草热分析中的应用2 山东中烟工业有限责任公司技术中心，山东济南 2500143 山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东青岛 266100摘要：对热重分析技术及其相关的联用技术在烟草热分析中的应用进行了综述和展望。

主要介绍了热重分析技术在烟草种类辨别、热解动力学分析中的应用。

分析了热重及其主要联用技术的应用和优缺点。

关键词：热重；烟草；热分析热重分析技术是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术。

热重分析仪 (TGA)，作为目前使用最为普遍的热分析仪器，可实时检测烟草在特定燃烧热解环境下质量随温度的变化关系，通过热失重（TG）及微分热失重曲线（DTG），获得烟草燃烧热解过程关键特征参数，包括起始热解温度、最大失重温度、最大失重速率、热解残留量等，从而判断烟草的热稳定性[1]。

热重分析技术在烟草及其烟用材料的热分析研究领域已得到广泛地应用。

1 热重分析技术在烟草热分析中的应用1.1热重分析技术在烟草（烟用材料）判别中的应用烟草作为一种农作物，由于受种类、品种、产地的影响，化学组成和结构会有所差异，导致其热解特性也会有所区别。

王洪波[2]等利用微分热重曲线，通过比较失重阶段、失重量、特征峰温度等信息，可以将烤烟、白肋烟和香料烟区分开，膨胀烟丝与膨胀梗丝区分开。

李巧灵[3]等基于热重技术并结合标准均方根误差NRMSE，建立了可客观描述不同烟草样品之间热解差异度的方法，并通过多因素方差分析研究年份、区域和部位对烟草热解差异度的影响程度，发现部位和省级对烟草热解差异度存在极显著的影响，县级、年份和市级对烟草热解差异度的影响不显著。

通过热解差异度的计算，形成基于热解差异度的烟叶配方替代方案，达到了人工替代的水平[4]。

马鹏飞[5]等利用热解差异度的方法成功区分了传统烟用薄片和加热非燃烧烟草薄片。

张亚平[6]等引入TG 曲线相似度和TG曲线相似度阈值的概念，建立了基于热重分析法判定不同批次卷烟纸质量稳定性的方法，该方法得到的结果与烟气测试结果基本一致。

热重-红外光谱联用1.引言1.1 概述热重-红外光谱联用是一种先进的分析技术，结合了热重分析和红外光谱分析两种方法的优势。

热重分析是一种测量材料随温度变化时质量的变化的方法，它可以提供样品的热稳定性、热分解反应等信息。

而红外光谱是一种用于分析物质分子结构的方法，它可以提供样品的化学成分、官能团等信息。

热重-红外光谱联用技术的原理是将热重分析仪和红外光谱仪相结合，同时对样品进行热重和红外光谱的测量。

在热重分析过程中，样品随着温度的变化会出现质量的变化，这些变化可能与样品的热降解、失水等现象相关。

而在红外光谱测量中，通过检测样品对不同波长的红外光的吸收情况，可以得到样品的分子结构和化学键的信息。

通过将这两种分析方法联用，可以在一个实验中获得更加全面和准确的样品特性信息。

热重-红外光谱联用技术在许多领域有广泛的应用。

例如，在化学领域，可以通过该技术对有机化合物的热降解过程和产物进行研究，从而了解有机物的热稳定性和降解路径。

在材料科学领域，该技术可以用于研究材料的热性能、热分解过程以及材料的成分和官能团等信息。

此外，热重-红外光谱联用技术还可以应用于药学、环境科学等领域的研究中，为科学家提供更多的分析手段和数据支持。

综上所述，热重-红外光谱联用技术的发展和应用为科学研究和工业生产提供了强有力的工具。

它的优势在于能够同时获得热重和红外光谱的信息，从而全面了解样品的物理、化学性质。

未来，热重-红外光谱联用技术还有许多潜在的应用，可以进一步提升分析的准确性和效率，为各个领域的研究和发展做出更大的贡献。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:本文共分为三个主要部分，即引言、正文和结论。

下面将对这三个部分进行详细的介绍。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的。

在概述中，将对热重-红外光谱联用这一主题进行简要介绍，引起读者的兴趣。

接着，说明了本文的总体结构，即引言、正文和结论部分，使读者对文章内容有一个清晰的概念。

最后，明确了本文的目的，即探讨热重-红外光谱联用的原理、应用、优势和潜在应用，旨在为读者提供关于热重-红外光谱联用的全面了解。

热重-红外光谱分析的应用红外光谱是物质分子的振动-转动的能级跃迁所引起的对红外辐射的特征吸收转化为谱图的形式，它与分子的结构密切相关，是表征分子结构的有效方法之一。

相比于其他的表征手段，红外光谱具有操作简便，对测试样品的限制少等优点；在结构化学、材料化学、物理化学、生物化学等方面的分析测定中均有广泛的应用。

现代技术的发展已使红外光谱超越了对样品进行简单的常规测试并推断化合物的分子结构的阶段。

目前红外光谱技术与其他技术联用已拓展出多个新的应用领域。

如红外光谱技术与色谱技术的联用能够深化认识复杂混合物体系中各种组分的化学结构、与显微技术联用形成了红外成像技术可用于研究非均相体系的形态结构等。

另外热分析技术在研究含能材料因受热而发生质量和热量的变化方面，是一种快捷、简单的分析测试方法。

但由于其无法同时对样品的状态、逸出的气体组分进行表征，而利用热分析与光谱(红外光谱、质谱等)联用技术，对热分解过程逸出气体进行检测和分析，即可了解热分解过程气体的释放情况，从而推测出该物质可能的反应机理。

若将热分解非等温动力学的数据处理技术应用于联用分析主要逸出气体产物的红外吸收强度与温度(时间)的关系，获得热分解过程中各种生成气体的动力学参数和机理函数，就能为研究热分解(初期)“微观”或“基元”反应过程提供一条新途径，并使研究更接近热分解和相互作用过程化学反应的实质。

实际上热重-红外联用技术( TGA-FTIR)是利用吹扫气(通常为氮气或空气)将热失重过程中产生的挥发分或分解产物，通过恒定在高温下(通常为200～250 ℃)的金属管道及玻璃气体池，引入红外光谱仪的光路中,并通过红外检测、分析判断逸出气组分结构的一种技术。

由于该技术弥补了热重法只能给出热分解温度、热失重百分含量，而无法确切给出挥发气体组分定性结果的不足，因而在各种有机、无机材料的热稳定性和热分解机理方面得到了广泛应用。

一TG-IR对无机材料的热解分析测试样品(一般为0.5～2.0mg)置于热分析(DSC(差示扫描量热分析)，DTA(差热分析)、TG(热重分析))仪器(如德国NETZSCH STA449C型热分析仪等)样品池中。

热重/差热连用（TG/DTA）热分析实验（预习）一、实验原理热重法（TG）是在程序升温下，测量试样的质量与温度的关系的热分析法。

热重分析的原理是靠电磁作用力使因质量变化而倾下的天平梁恢复到原来平衡的位置，施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换系统中线圈中的电流实现的，因此检测此电流值即可知质量变化。

通过连续记录质量与温度的变化，就可获得热重曲线TG。

差热分析（DTA）是在程序控制温度条件下，测量样品与参比物（基准物，是在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如α−Al2O3，MgO等）之间的温度差随温度变化的一种热分析方法。

测试时将试样与参比物分别放在两只坩埚内，样品和参比物同时进行升温，当样品未发生物理或化学状态变化时，测它与参比物的温差∆T=0。

当样品发生物理或化学变化而发生放热或吸热时，样品的温度高于或低于参比物温度，产生温差∆T，相应的温差热电势讯号经放大后由微机实时采集，从而可获得DTA曲线。

一般样品产生的放热或吸热转变过程，如晶型转变、结晶与熔融、固化、交联等物理反应以及氧化、降解等化学反应，都会在DTA曲线上表现出放热峰或吸热峰。

而对于玻璃化转变，虽然不伴随放热和吸热现象，但由于比热容发生变化使升温过程中所需热量发生变化，在DTA曲线上表现为基线的偏移。

热重/差热联用分析是结合TG及DTA的同步分析技术，可同时获得测试样品的重量变化及热效应。

影响TG-DTA联用热分析实验的因素主要有以下三点：a)升温速率的影响：升温速率是一个重要的程序变量，对热重曲线有明显的影响。

提高升温速率是TG曲线向高温推移，升温速率越大，炉壁与试样温度梯度增加，导致热重曲线上的起始分解温度和终止分解温度偏高。

升温速率也是影响差热曲线的重要因素。

一般当升温速率提高时，DTA曲线的峰温上升，峰面积与峰高也有一定上升，尤其对于高分子转变的松弛过程（如玻璃化转变），升温速率的影响更大。

b)样品因素：试样的用量、粒度和形状以及装填方式都会影响热重曲线。