热分析tg-dta-dsc

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1、第二章热分析热重分析差热分析差示扫描量热法现代分析测试技术热分析的分类一、热重法（TG）热重法是在程序控制温度下，测量物质重量与温度关系的一种技术。二、差热分析法（DTA）差热分析法是在程序控制温度下，测量待测物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。三、差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输给待测物质和参比物的能量差与温度(或时间)关系的一种技术。1.热分析概述定义热分析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。国际热分析协会ICTA（Inte

2、rnationalConfederationforThermalAnalysis)所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷却，所谓“物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、电学及磁学性质等。热分析的应用类型1.成份分析：无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究。2.稳定性测定：物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等。3.化学反应的研究：比如固-气反应研究、催化性能测定、反应动力学研究、反应热测定、相变和结晶过程研究。热分析的应用类型4.材料质量测定：如纯度测定、物质的玻璃化

3、转变和居里点、材料的使用寿命测定。5.环境监测：研究蒸汽压、沸点、易燃性等。2.热重法（ThermogravimetryTG)定义：在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。m=f(T)是使用最多、最广泛的热分析技术。类型：两种1.等温（或静态）热重法：恒温2.非等温（或动态）热重法：程序升温由TG实验获得的曲线。记录质量变化对温度的关系曲线。m=f(T)纵坐标是质量（从上向下表示质量减少），横坐标为温度或时间。热重曲线（TG曲线）曲线的纵坐标m为质量，横坐标T为温度。m以mg或剩余百分数%表

4、示。温度单位用热力学温度（K）或摄氏温度（℃）。Ti表示起始温度，即累积质量变化到达热天平可以检测时的温度。Tf表示终止温度，即累积质量变化到达最大值时的温度。Tf-Ti表示反应区间，即起始温度与终止温度的温度间隔。曲线中AB和CD，即质量保持基本不变的部分叫作平台，BC部分可称为台阶。微商热重曲线（DTG曲线）从热重法可派生出微商热重（DerivativeThermogravimetry）,它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。纵坐标为dW/dt横坐标为温度或时间DTG曲线TG特点定量性强，能准确地

5、测量物质的质量变化及变化的速率，不管引起这种变化的是化学的还是物理的。2.1基本原理TG与DTG的测量都要依靠热天平（热重分析仪），主要介绍热天平及热重测量的原理。热天平是实现热重测量技术而制作的仪器，它是在普通分析天平基础上发展起来的，具有一些特殊要求的精密仪器：（1）程序控温系统及加热炉，炉子的热辐射和磁场对热重测量的影响尽可能小；（2）高精度的重量与温度测量及记录系统；（3）能满足在各种气氛和真空中进行测量的要求；（4）能与其它热分析方法联用。根据试样与天平横梁支撑点之间的相对位置，热天平可分为下

6、皿式，上皿式与水平式三种。热天平种类热天平测量原理热天平测量原理当天平左边称盘中试样因受热产生重量变化时，天平横梁连同光栏则向上或向下摆动，此时接收元件接收到的光源照射强度发生变化，使其输出的电信号发生变化。这种变化的电信号送给测重单元，经放大后再送给磁铁外线圈，使磁铁产生与重量变化相反的作用力，天平达到平衡状态。因此，只要测量通过线圈电流的大小变化，就能知道试样重量的变化。（零为平衡）2.2热重与微商热重曲线TG曲线：理想的TG曲线是一些直角台阶，台阶大小表示重量变化量，一个台阶表示一个热失重，两个台

7、阶之间的水平区域代表试样稳定存在的温度范围，这是假定试样的热失重是在某一个温度下同时发生和完成，显然实际过程是不存在的，试样的热分解反应不可能在某一温度下同时发生和完成，而是有一个过程。在曲线上表现为曲线的过渡和斜坡，甚至两次失重之间有重叠区。纵坐标：dw/dT(dw/dt),横坐标T或者tAB段：热重基线B点：Ti起始温度C点：Tf终止温度D点：Te外推起始温度，外推基线与TG线最大斜率切线交点。Tm最大失重温度DTG曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个重量变化阶段。为了获得精确的实验结果，分析各种因

8、素对TG曲线的影响是很重要的。影响TG曲线的重要因素包括：一、仪器因素二、试样因素2.3影响热重法测定结果的因素仪器因素升温速率炉内气氛支持器及坩埚材料炉子的几何形状热天平灵敏度(1)升温速率对热重法影响比较大。升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重，往往导致热重曲线上的起始温度Ti和终止温度Tf偏高。虽然分解温度随升温速率变化而变化，但失重量保持恒定。中间产物的检测与升温速率密切相关，升温速率快不利于中间产物的检出，因为TG曲线上拐点变得