热反应性评价是对生物质及生物质炭在热反应过程中的转化能力的重要评价。目前，热反应性通常是根据生物质及生物质炭在模拟真实反应气氛及变温过程作用下的失重特性来评估的，主要采用的分析表征仪器为热分析仪。
热分析仪（TG）由量热计、控制器和计算机耦合的天平组成。样品在热分析仪中通过辐射加热，天平直接测量生物质及其热解产物失重随时间的变化，在该过程中，还可以通过量热计得到热流和样品温度随时间的变化关系。热分析方法包括热重分析法（TGA）、差示扫描量热法（DSC）和差热分析法（DTA）。这些热分析方法被用来测试生物质的热行为，并确定热反应的动力学参数。在热重分析法中，样品在设定的气氛中通过预定的升温程序升温。热重分析法用于揭示热解、氧化或还原反应、蒸发、升华和其他发生在生物质中的与热有关的反应机理。热重分析法可以在等温或程序升温模式下运行，程序升温热重分析法是一种更常见的方法，比等温法获得的实验数据更多。经典热重分析法通常采用T=T0+at的温度与时间线性关系，其中T、T0和a分别为t时刻的温度、初始温度和升温速率。差示扫描量热法可测量升高样品温度所需的热量与参考温度之间的差异，广泛用于测量生物质材料的热容（Cp）、相变和玻璃化转变温度。差示热分析法则可测量样品和炉内基准物质之间的温度差。
热分析方法可提供有关热解动力学的重要信息，但它们不能提供有关挥发分演化特性的信息。因此，较好的方法是将这些方法与能够识别分析过程中产生的挥发分的工具结合使用。在这些热分析方法中，只有热重分析法有可能与其他分析工具，如气相色谱（GC）、质谱（MS）或傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪相结合。图9-21所示为典型的热重-质谱联用系统示意图。由于热重分析法/差示扫描量热法或热重分析法/差热分析法组合仪器的可用性，越来越多的研究应用差示扫描量热法和差热分析法来测量生物质分解反应热。纤维素和半纤维素在惰性气氛中的热分解反应是吸热反应。Statheropoulos等人用差示扫描量热法研究了松针的热分解特性，确定了吸热峰可归因于高挥发性化合物的解吸，水分、松针蜡质成分的软化和（或）熔融以及半纤维素和纤维素的降解，放热峰可归因于木质素的热解和焦的复合。
图9-21 典型的热重-质谱联用系统示意图(www.xing528.com)
热重分析法提供了样品质量随反应温度或反应时间的变化曲线，因此，可以监测热分解过程。热重分析法失重曲线（TG曲线）和导数曲线（DTG曲线）反映了样品的热稳定性和热分解的整体动力学过程。生物质样品的热分解研究以F.Shafizadeh及其同事的开创性工作为起点。他们应用热重分析和炉内热解等各种分析技术离线分析挥发性产物，建立了纤维素材料热分解和燃烧的一级和二级反应机理。
图9-22给出了惰性气氛中生物质三种主要大分子组分半纤维素、纤维素、木质素的热失重曲线。DTG曲线表明，在相当小的温度区间内，碳氢化合物以较高的分解速率分解。纤维素产生一个尖锐的DTG峰和少量的残炭。半纤维素在较低的温度下分解，这可以用存在热不稳定官能团（乙酰基）、非晶态结构和较小的分子量来解释。木质素具有交联芳香结构，在较宽的温度范围内分解，分解速率小，产生约30%的残炭。
图9-22 半纤维素、纤维素、木质素在热解过程中的TG曲线及DTG曲线
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