17. 实验三 TG-DSC 综合热分析

TG-DSC热分析一、实验目的1.了解热重分析法和差示扫描量热法的基本原理和同步热分析仪分析仪的基本构造；2.掌握同步热分析仪的使用方法；3.测定碳酸钙试样的TG-DSC谱图,并根据所得到的谱图，分析样品在加热过程中发生的化学变化。

二、实验原理1.热重分析热重法，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.2.差示扫描量热分析差示扫描量热法（DSC）是在等速升温（降温）的条件下，测量输入到试样与参比物的功率差（如以热的形式)随温度变化，简称DSC（differential scanning calorimetry)。

DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt(单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标。

锂离子电池中的热重差热分析方法（TG-DSC)的参数选择和曲线分析一．测试原理在锂离子电池研究分析中，热重差热分析方法（TG-DSC)一般用来研究锂离子正负极材料的合成分析研究中，用来指导改善合成条件。

热重差热分析方法（TG-DSC)其实是2种分析方法，是热重分析和差热分析，为了测试方便，通常把这2种方法合成在一起通过热重差热仪，测试一个样品可以得到2种曲线。

热重分析原理：在程序控温下,测量物质与温度的关系的技术(包括在恒温下,测量物质的质量与时间的关系)差热分析原理：差热分析的基本原理是将被测物质与参比物质放在同一条件的测温热电偶上,在程序温度控制下,测量物质与参比物之间温度差与温度变化的一种技术。

其实际就是通过测量材料状态改变时产生的热力学性能变化，来判断材料物理或化学变化过程。

通过重量和热量的变化可以推测材料在升温过程中，材料发生的变化。

二．电池材料测试过程中的差热热重分析数据的受哪些因素的影响呢？（1）样品与称量皿选择选择好样品后，选择称量皿时必须考虑样品在选定的温度范围内不发生化学反应。

否则肯定会影响测定结果。

（2）升温速率的选择升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。

比如锂离子磷酸铁锂正极材料的温升速度一般选择为5°/min-10°/min之间。

（3）材料粒度样品的粒度大，材料内部的气体就不容易挥发出来，这样会影响曲线的变化，太细，就容易导致差热曲线往低温方向移动。

锂离子电池的测试中，比如正极材料，一般为纳米或者微米级别。

（4）样品的用量样品的用量也会影响测试数据，试样量小， 测试设备的灵敏度会下降。

试样量大的优点是可以观察到细小的转变，可以得到较精确的定量结果。

在正极材料的测试中，一般测试的样品要求在5～30 mg之间变动。

（5）气氛的影响（氧化/还原、 惰性， 热导性， 静态/动态）一般锂离子电池材料测试中，采用惰性气体进行保护测试。

综合同步热分析（T G A-D S C）实验讲义一、实验目的：用热分析仪对进行TG和DSC分析，并对热分析谱图进行定性和定量分析。

二、预习要求1、了解热分析仪的工作原理和操作方法；2、了解TG和DSC分析的基本原理及热分析谱图的意义。

三、原理1、热分析的定义:热分析(thermal analysis)：顾名思义，可以解释为以热进行分析的一种方法。

1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA）第七次会议上，给热分析下了如下定义：即热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理、化学性质与温度的关系的一类技术。

通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。

程序控制温度：一般是指线性升温或线性降温，当然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。

也就是把温度看作是时间的函数：T＝φ（t）; t：时间。

常见的物理变化：熔化、沸腾、升华、结晶转变等；常见的化学变化：脱水、降解、分解、氧化，还原、化合反应等。

这两类变化，常伴有焓变，质量、机械性能和力学性能等的变化。

2、热分析存在的客观物质基础在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃（或2400℃），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完全相同的。

因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。

3、热分析的起源及发展1899 年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度，正式发明了差热分析（DTA）技术。

1915 年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热天平技术。

1964 年美国瓦特逊（Watson）和奥尼尔（O’Neill）在DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC）。

美国P－E公司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。

TG-DSC综合热分析试验
本章主要研究水胶比0.26的纯水泥，及水泥掺量60%时，粉煤灰掺量分别为40%、35%、30%、25%、80%和硅灰掺量为0%、5%、10%、15%的浆体试样在各个龄期的Ca(OH)2含量。

Ca(OH)2含量通过TG-DSC综合热分析方法进行测定，具体实验步骤为：
a.将烘干后的水泥试块粉磨，直至全部通过80um的方孔筛，取适量过筛后的样品，在60 ℃下干燥4h。

b.取15mg左右的样品装入Al2O3坩锅，从室温开始，炉内采用高纯氮作为保护气体，环境气体也为高纯氮，气流量分别设为15mL/min，20mL/min。

仪器循环水温控制为25℃，预热3h,升温制度为:起始温度为25±2℃，以每分钟10℃的升温速度升至1000℃。

计算Ca(OH)2的含量，分析水化程度。

c.在TG-DSC综合热分析中，根据Ca(OH)2在脱水分解时，会有质量损失并产生吸热效应，其脱水温度范围大约在400～550℃之间，因此可根据此温度段间的那个峰的质量损失（TG曲线上）W H，计算出氢氧化钙的量如下：
Ca(OH)2→ CaO + H2O △m
74 18
W CH W H
故:
W H/18=W CH /74 →W CH=4.11W H。

tg-dsc曲线热解反应热
TG-DSC (Thermogravimetric Differential Scanning Calorimetry) 曲线用于研究材料的热解反应。

在TG-DSC实验中，材料会被加热至一定温度，并在恒定的升温速率下进行热解。

温度的变化会导致材料的质量发生变化（称为质量损失），同时也会释放或吸收热量。

TG-DSC仪器能够实时测量材料的质量变化以及与之关联的热效应。

热解反应的热效应可以通过TG-DSC曲线来观察。

TG曲线是材料质量损失的曲线，通常以百分比质量损失或质量减少速率来表示。

在热解反应发生时，质量损失会出现峰值或台阶，这些峰值或台阶对应着材料在不同温度范围内的分解或反应。

DSC曲线是材料与周围环境交换热量的曲线，通常以功率或热流量来表示。

在热解反应发生时，DSC曲线会显示出由于热效应而引起的峰值或谷底。

热解反应热是指发生热解反应时释放或吸收的热量。

它可以通过分析TG-DSC曲线的峰值或谷底来计算得出。

热解反应热是研究材料热稳定性和反应性的重要参数。

高热解反应热通常意味着材料在高温下分解的能力较强，而低热解反应热则表示材料在高温下相对稳定。

总之，TG-DSC曲线可以通过测量材料的质量变化和与之相关的热效应来研究材料的热解反应热。

这些数据可以帮助我们了
解材料的热稳定性和反应性，并在材料研发和工程应用中提供有价值的信息。

实验17DSC测定聚合物的T g和T m一、实验目的1．了解差示扫描量热仪（DSC）的原理及仪器装置。

2．掌握使用DSC测试聚合物T g和T m的方法。

二、基本原理材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理变化或化学反应，同时产生热效应和质量方面的变化，这是热分析技术的基础。

热分析（Thermal Analysis）即是在程序温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。

1963年美国Perkin-Elmer公司生产了第一台商业化产品DSC-1，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，DSC即在程序温度下，测量输入到物质和参比物的功率与温度（时间）的关系的技术，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高。

DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，灵敏度和精确度更高，试样用量更少，而且分辨率和重现性也比DTA好。

由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，DSC可以精确地地测定样品在被加热、冷却或恒温时吸收或放出的能量（热），主要用于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。

按所用的测量方法分为功率补偿DSC（Power-compensation DSC）和热流DSC（Heat Flux DSC）两种。

前者的技术思想是通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物间热流差成正比关系。

功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个是控制温度，使试样和参比物以预定的程序升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物间的温差，不需要复杂的热流方程，因为系统直接测定自样品中流入和流出的能量。

109110图17-1功率补偿式DSC 原理在功率补偿DSC 中，样品和参比材料分别放入各成一体的量热器中，样品与参比物的热容存在差异，或者材料有热效应时，为了维持样品与参比物的动态零温差，输入到样品和参比的功率会有所不同，仪器立即对样品进行功率补偿，从补偿功率可以直接求得热流率：dt dH dt dQ dt dQ W =-=∆r s (1)式中ΔW 为所补偿的功率，Q s 为试样的吸热量，Q r 为参比物的吸热量，dt dH 为热流率（mW ）。

TG-DSC热分析一、实验目的1.了解热重分析法和差示扫描量热法的基本原理和同步热分析仪分析仪的基本构造；2.掌握同步热分析仪的使用方法；3.测定碳酸钙试样的TG-DSC谱图,并根据所得到的谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。

二、实验原理1.热重分析热重法，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。

2.差示扫描量热分析差示扫描量热法（DSC）是在等速升温（降温）的条件下，测量输入到试样与参比物的功率差（如以热的形式）随温度变化，简称DSC（differential scanning calorimetry）。

DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标。

实验三TG-DSC综合热分析热分析是在温度程序控制下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。

常用的单一的热分析方法主要有：差热分析（DTA）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）和体积热分析等测定物质在热处理过程中的能量、质量和体积变化的分析方法。

综合热分析，就是在相同的热处理条件下利用由多个单一的热分析仪组合在一起而构成的综合热分析仪，对实验材料同时实现多种热分析的方法。

综合热分析，能够同时提供更多的表征材料热特性的信息。

其中TGD－TA和TG－DSC 的组合，是较普遍采用的综合热分析方法。

它可实现：一般鉴定和确定产品的烧成制度，测定热力学参数（如比热容和热熔等）和结晶度、成分的定量分析以及反应动力学方面的研究等。

一、目的意义（1）了解STA409 综合热分析仪的原理及仪器装置；（2）学习使用TG-DSC 综合热分析方法鉴定聚合物。

二、基本原理由于试样材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理化学反应，同时产生热效应和质量等方面的变化，这是热分析技术的基础。

热重分析方法，分为静法和动法。

热重分析仪，有热天平式和弹簧式两种基本类型。

本实验采用的是热天平式动法热重分析。

当试样在热处理过程中，随温度变化有水分的排除或热分解等反应时放出气体，则在热天平上产生失重；当试样在热处理过程中，随温度变化有Fe2*氧化成Fe3+等氧化反应时，则在热天平上表现出增重示差扫描量热法（DSC），分为功率补偿式和热流式两种方法。

前者的技术思想是，通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是，要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物之间的热流差成正比关系。

本实验采用的是热流式示差扫描量热法。

首先在确定的程序温度下，对样品坩锅和参比物坩锅进行DSC空运行分析，得到两个空坩锅DSC的分析结果一形成Baseline分析文件；然后在样品坩锅中加人适量的样品，再在Baseline文件的基础上进行样品测试，得到样品十坩锅的测试文件；最后由测试文件中扣除Baseline文件，即得到纯粹样品的DSC分析结果三、实验器材(1) 德国耐驰生产的STA409综合热分析仪一台(2) 电脑一台；四、测试操作1 •操作条件(1) 实验室门应轻开轻关，尽量避免或减少人员走动。

一、实验原理差示扫描量热分析法（DSC）差示扫描量热分析也是用参比物和试样进行比较，但是两者的重要差别在于DSC的参比物和试样各自由一个单独的微型加热室加热。

当试样按程序升温时，控制系统根据试样和参比物的温差信号来调节加热器的功率输出，使试样和参比物在整个试验过程中（不论有无热效应发生）始终保持温度一致，即两者的温差为零。

所记录的是试样和参比物之间的功率差随温度的变化曲线，称为DSC曲线。

DSC可以用来测量转变温度、转变时间和热效应峰或谷。

其峰或谷的面积与试样转变时吸收或放出的热量成正比。

热重分析法（TG）热重分析法就是在程序温度的控制下，借助于热天平，获得试样的质量随温度变化关系的信息。

它的适用范围很广，研究的对象包括金属、陶瓷、橡胶、塑料、玻璃以及其它一些有机和无机材料。

它可以进行吸附、裂解、氧化还原的研究，耐热性、热稳定性、热分解及其产物的分析，汽化、升华及反应动力学的研究。

由热重法测得的记录为热重曲线或称TG曲线，其横坐标表示温度或时间，纵坐标表示质量。

曲线的起伏表示的质量的增加或减少。

平台部分表示试样的质量在此温度区间的稳定的。

热重法仅能反映物质在受热条件下的质量变化，由它获得的信息有一定的局限性。

此法受到许多因素的影响，是在一些限定条件下获得的结果，这些条件包括仪器、实验条件和试样因素等。

因此获得的信息又带有一定的经验性。

如果利用其它一些分析方法进行配合试验，将对测试结果的解释更有帮助。

DSC、TG等各种单功能的热分析仪若相互组装在一起，就可以变成多功能的综合热分析仪，综合热分析仪的优点是在完全相同的实验条件下，即在同一次实验中可以获得多种信息，这样会有助于比较顺利地得出符合实际的判断。

四、影响综合热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。

tg-dsc分析原理
为了避免标题相同的文字，以下是TG-DSC（恒温差热分析）
的分析原理：
TG-DSC是一种热分析技术，结合了热重分析（TG）和差示
扫描量热分析（DSC）两种技术，用于研究材料的热性质和热行为。

TG-DSC通常由TG和DSC两个部分组成的机械系统以及相应的温度和压力控制系统。

其中，热重分析（TG）通过测量样品在恒定升温速率下的质
量变化，来研究样品的热分解、蒸发、氧化等热性质。

在TG
实验中，样品通常被放置在称量样品盘中，然后升温至一定温度，通过记录样品的质量变化，可以获得样品的失重曲线。

差示扫描量热分析（DSC）则是通过比较样品和参比物的热响应，来研究材料的热力学性质和相变行为。

在DSC实验中，
样品和参比物分别被放置在两个热电偶中，并分别进行升温或降温，通过记录样品和参比物的温度差异，可以得到样品的热流曲线。

通过将TG和DSC两种技术结合在一起，TG-DSC可以同时获得样品的质量变化曲线和热流曲线。

通过对TG-DSC曲线的
分析，可以确定样品的热性质、热分解特性、相变行为等。

此外，TG-DSC还可以通过对比样品和参比物的曲线，来研究样
品与参比物之间的差异。

通过对TG-DSC曲线的分析和解释，可以深入了解材料的热行为和热性质。

一、实验目的1. 理解和掌握热分析的基本原理和方法。

2. 通过实验，学会使用热分析仪器，如热重分析仪（TG）、差热分析仪（DSC）等。

3. 通过对样品的热性质进行分析，探究样品的热稳定性、组成、结构等特征。

二、实验原理热分析是一种研究物质在温度变化过程中物理、化学性质变化的技术。

主要方法包括热重分析（TG）、差热分析（DSC）、热膨胀法、热机械法等。

本实验主要采用热重分析和差热分析。

1. 热重分析（TG）：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系。

通过TG曲线，可以了解物质的热稳定性、分解温度、相变温度等。

2. 差热分析（DSC）：测量物质在程序控制温度下，与参照物之间的热量变化。

通过DSC曲线，可以了解物质的相变温度、热容、热稳定性等。

三、实验器材1. 热重分析仪（TG）2. 差热分析仪（DSC）3. 电子天平4. 真空泵5. 针筒6. 样品皿7. 玻璃棒8. 铝箔9. 纸张四、实验步骤1. 样品制备：将待测样品研磨成粉末，过筛后备用。

2. 热重分析（TG）- 将样品放入样品皿中，用电子天平称量质量。

- 将样品皿放入TG分析仪中，设置程序控制温度和升温速率。

- 启动仪器，记录样品质量随温度变化的数据。

3. 差热分析（DSC）- 将样品放入样品皿中，用电子天平称量质量。

- 将样品皿放入DSC分析仪中，设置程序控制温度和升温速率。

- 启动仪器，记录样品与参照物之间的热量变化数据。

4. 数据处理：对TG和DSC数据进行处理，绘制曲线，分析样品的热性质。

五、实验结果与分析1. 热重分析（TG）- 通过TG曲线，可以观察到样品在加热过程中质量的变化。

根据质量变化，可以确定样品的分解温度、相变温度等。

2. 差热分析（DSC）- 通过DSC曲线，可以观察到样品在加热过程中与参照物之间的热量变化。

根据热量变化，可以确定样品的相变温度、热容等。

六、实验结论1. 通过本实验，掌握了热分析的基本原理和方法。

TG-DSC热分析实验一、实验目的1．了解综合热分析仪的原理及仪器装置、操作方法。

2．通过实验掌握热重分析的实验技术。

3．使用TG-DSC分析仪分析高聚物的热效应和热稳定性。

二、实验原理在程序温度（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。

刚开始加热时，试样和参比物以相同温度升温，试样没有热效应，DSC 曲线上为平直的基线。

当温度上升到试样产玻璃化转时，大分子的链段开始运动。

试样的热容发生明显的变化，由于热容增大需要吸收更多的热量，于是DSC曲线上方出现一个转折，该转折对应的温度，即玻璃化转变温度（Tg）。

若试样是能结晶的并处于过冷的无定形状态，则在玻璃温度以上的适当温度进行结晶，同时放出大量的热量，此时DSC 曲线上表现为放热峰。

再进一步加热，晶体开始熔融而需要吸收热量，其DSC曲线在相反方向出现吸热峰。

当熔融完成后，加于试样的热能再使试样温度升高，直到等于参比物的温度，回复到基线位置，将熔融峰顶点对应的温度记作熔点（T m）；继续加热试样可能发生其他变化，如氧化、分解（氧化是放热反应，分解是吸热反应）。

因此，根据DSC 曲线可以确定高聚物的转变和特征温度。

三．仪器和试剂四、实验步骤（一）操作条件1、实验室门应轻开轻关，尽量避免或减少人员走动。

2、计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大的程序。

3、充入保护气体。

4、吹扫气体。

5、恒温水浴保证测量天平工作在一个恒定的温度下。

（二）试样准备1、检查并保证测试试样及其分解物。

2、坩埚（包括参比坩埚）预先进行热处理到等于或高于其最高测量温度。

3、保证与测量坩埚底部接触良好，样品应适量，确保测量精度。

4、对于热反应剧烈或在反应过程中易产生气泡的样品，应适当减少样品量。

5、炉子内部温度必须保持恒定（室温），天平稳定后的读数才有效。

6、测试必须保证样品温度（达到室温）及天平均稳定后才能开始。

7、先将试样制成细粉状并通过80~100目的筛孔，称取聚丙烯和低压聚乙烯的混合物（重量比3：1混合）10mg装入试样坩埚、隋性参比物a-Al2O3填充于另一坩埚中，样品量一般不超过坩埚容积的2/3，把装样的坩埚在清洁的石台上轻墩数次，使样品松紧适中。