热重分析技术的基本原理解析

热重分析是在可调速度的加热或冷却环境中，把被测物质的重量作为时间或温度的函数来记录的方法。所测得的记录称为热重曲线或TGA曲线。给出热重曲线对时间或温度的一阶微商的方法称为微商重量法。其记录称为微商热重曲线或DTG曲线。

热重分析装置由加热炉与分析天平组成，如图7―1所示。试样可以在真空中，也可以在气氛中加热，并在受热中连续称取试样的重量。热重分析有两种控温方法。

图7―1　热重法实验装置示意图

1―温度程控装置；2―加热炉；3―样品杯；4―天平；5―砝码；6―电容换能器；7―放大器；8―记录仪

1.升温法

升温法也叫动态法，高聚物样品在真空或其他任何气体中进行等速加温，则试样将随温度的升高发生物理变化（如溶剂从高聚物中解析出来或水分蒸发出来）和化学变化（试样分解）使原样失重。在某特定温度下，会发生重量的突变，用以确定试样特性，这就是升温法。(www.xing528.com)

2.恒温法

恒温法也叫静态法，实验在恒温下进行，把试样的重量变化作为时间的函数记录下来，这就是恒温法。

常用升温法。图7―2是升温法测得的TGA温谱图。试样原来重量为W0，等速升温的开始阶段（100℃左右），样品有少量的重量损失，W0→W1，这主要是高聚物中溶剂的解吸和失水所致。继续升温，到达T3时，试样重量显著下降，W1→W2，这是因试样大量分解而失重。分解温度的求法是开始偏离直线的b点对应的温度T2就是分解温度T′2，T′2作为分解温度偏高。T3～T4这一段存在着其他稳定相，然后再进一步分解。

图7―2　典型热失重法的谱图

在实验中，升温速度要适当，一般为5～10℃/min。若升温速度太快，会使分解温度明显升高。同时，因为升温快试样受热尚来不及达到平衡，就会使两个阶段的变化变为一个阶段，对谱图无法分辨。其次，试样颗粒不能太大，否则会影响热量传递。颗粒太小则使开始分解的温度和分解完毕的温度都会降低，所以颗粒大小要适当。还有一点，样品杯不能太深，最好将试样铺成薄层，以免分解放出气体时把试样冲走。如果分解出来的气体或其他气体在试样中有一定溶解性，则会使测定结果不准确。