高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
差热分析，简称DTA，是将被测试样加热或冷却时，由于温度导致试样内部产生物理或化学变化，追踪热量变化的一种分析方法。热重分析，简称TG，是将被测试样加热，由于温度导致试样重量变化的分析方法。综合热分析仪是具有微机数据处理系统的热重—差热联用热分析仪器，是一种在程序温度（等速升降温、恒温和循环）控制下，测量物质的质量和热量随温度变化的分析仪器。常用以测定物质在熔融、相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发、升华等特定温度下发生的热量和质量变化，广泛应用于无机、有机、石化、建材、化纤、冶金、陶瓷、制药等领域，是国防、科研、大专院校、工矿企业等单位研究不同温度下物质物理、化学变化的重要分析仪器。差热分析作为一种重要的热分析手段已广为应用，它可以研究高聚物对热敏感的各种化学及物理过程，物理变化如：玻璃化转变、晶型转变、结晶过程、熔融、纯度变化等；化学变化如：加聚反应、缩聚反应、硫化、环化、交联、固化、氧化、热分解、辐射变化等。需指出，由于高聚物的物理或化学变化对热敏感的特性是很复杂的，所以常需要结合其它实验方法如动态力学试验、气质联用等对差热分析热谱图进行深入研究，从而进一步探讨高聚物的结构和性能间的关系。
仪器由热天平主机、加热炉、冷却风扇、微机温控单元、天平放大单元、微分单元、差热放大单元、接口单元、气氛控制单元、PC微机、打印机等组成。
实验时，将试样和惰性参比物（在测定的温度范围内不产生热效应的热惰性物质，常用ą-氧化铝、石英粉、硅油等）置于温度均匀分布的坩埚（样品池）的适当位置，将坩埚（样品池）组合于加热炉中，控制其等速升温或降温。在此变温过程中，若试样发生物理或化学变化，则在对应的温度下吸收或放出热量改变其温度，使试样和参比物之间产生一定的温度（ΔT）。将ΔT放大，记录试样与参比物的温度ΔT随温度T的变化，即ΔT~T曲线。此曲线通常称为差热曲线或差热热谱。
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。
第 1 页 共 6 页 热重分析仪的分析方法和工作原理 分析仪操作规程
接下我为大家介绍下热重分析仪的分析方法和工作原理
从热重曲线上我们就可以知道CuSO45H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。通过TGA试验有助于讨论晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于讨论物质的脱水、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，从上向下表示质量削减；以温度（或时间）作横坐标，自左至右表示温度（或时间）加添。
第 2 页 共 6 页 热重分析仪紧要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。
较常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是依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。零位法是接受差动变压器法、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。
高温差热分析仪的那些参数介绍
差热分析是在程序掌控温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温度（△T）随温度或时间的变化关系。
技术参数:
1.温度范围:室温～1350℃ 第 3 页 共 6 页
2.量程范围:0～±2000μV
3.DTA精度:±0.1μV
4.升温速率:1～80℃/min
5.温度辨别率:0.1℃
6.温度重复性:±0.1℃
7.温度掌控:升温：程序掌控可依据需要进行参数的调整
降温：风冷程序掌控 第 4 页 共 6 页
恒温：程序掌控恒温时间任意设定
8.炉体结构:炉体接受上开盖式结构，代替了传统的升降炉体，精度高，易于操作
第18讲
教学目的：使学生了解热分析的分类和术语
教学要求：掌握热重分析的定义、影响因素
教学重点：热重分析的定义、影响因素
教学难点：热重及微商热重
教学拓展：热重质谱联用
作业：
1.简述热分析的定义和分类？
2.简述热重分析的原理和影响因素？
3.热重法和微商热重法的区别是什么？
第三章热分析
第1节 热重分析
1.1概述：
热分析的起源与发展
发明人：ChatelierH.Le(1887)，他实际上并没有测定试样和参比物之间的温度差，而是
把Pt-Pt10%Rh热电偶(用一根热电偶)插入受热的粘土试样中，加热速度为每2秒4℃，热电
偶电动势用照相法记录下来，若粘土在加热过程中没有发生热变化，则照相记录是一系列距离
的线条，若有热变化，则线条是由一系列疏密不同的线条组成的。由于他只用了一根热电偶，
严格地说只能叫热分析，算不上差热分析。 十二年后(1899)，英国人Roberts-Austen
W.C.改良了恰特利的装置，采用两个热电偶反相连接，一个热电偶插入样品中，另一个插到参
比物内，记录试样与参比物间产生的温度差ΔT，这就是目前广泛使用的差热分析法的原始模
型。
热分析的定义
热分析（Thermal Analysis），国际热分析协会（International Confederation for Thermal
Analysis简称ICTA），在1968年第二次国际热分析会议上通过一个命名报告中作过阐明，而
后在1977年第五次国际热分析会议上又作了修订。定义如下：
“在程控温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。”此处所说的物质是指被
测样品和（或）它的反应产物，而程序温度一般采用线性程序，但也可以是温度的对数或倒数
程序。
按照定义，称为热分析技术必须满足下述三条标准：
1．必须测量物质的某种物理性质。诸如热学的、力学的、电学的、光学的、磁学的和声
学的等。因此，热分析技术所涉及的范围极其广泛。
