热重法适用于加热或冷却过程中有质量变化的一切物质，可用于研究材料的热稳定性、热分解作用和氧化降解等变化，还可用于研究发生质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣，吸附、吸收和解析，汽化速度和汽化热，升华速度和升华热等。除此之外，还可研究固化反应。
1.推断物质的热分解机理 图4-15为含一个结晶水的草酸钙（CaC2O4·H2O）的热重曲线和微商热重曲线。
图4-15 CaC2O4·H2O的热重（TG）曲线和微商热重（DTG）曲线
从图4-15中可知，CaC2O4·H2O在100℃以前没有失重现象，热重曲线为水平状，是热重曲线的第一个平台。热重曲线的第二个平台在100～200℃之间，这一步的失重约占试样总重量的12.3％，相当于1mol CaC2O4·H2O失去1mol H2O。第三个失重平台在400～500℃之间，失重量约占试样总质量的18.5％，即1mol CaC2O4分解出1mol CO。第四个失重平台在600～800℃之间，失重量约占试样总质量的30％，CaCO3分解为CaO和CO2。
图4-15中微商热重曲线记录的三个峰与CaC2O4·H2O三步失重过程相对应。根据这三个微商热重峰的峰面积，可算出CaC2O4·H2O各个热分解过程的失重量或失重百分数。CaC2O4·H2O的热分解反应如图4-16所示。
图4-16 CaC2O4·H2O的热分解反应示意图
2.测定二元或三元混合物中各组分的含量 单组分的MX和NY，以及二者的混合物MX+NY，三者的热重曲线如图4-17所示。从图中可以看出，组分MX从D到E分解，组分NY从B到C分解，二者混合物平台出现的温度与两个单组分的平台一样，因此由混合物的热重曲线可以测定出MX的量为DE，NY的量为BC。
图4-17 二组元系的热重曲线
3.热重分析—差示扫描量热同步热分析技术 图4-18为石膏（CaSO4·2H2O）的热重分析—差示扫描量热同步热分析曲线。测试条件为：试样质量45.15mg、升温速率20K/min，氮气气氛。热重分析曲线显示，石膏在300℃以下失去结晶水，700℃左右为杂质组分碳酸钙的分解，硫酸钙在1200℃以后分成几个台阶分解。同步差示扫描量热曲线显示出在390℃附近由γ-CaSO4（无水石膏Ⅲ）向β-CaSO4（无水石膏Ⅱ）的固—固相转变、1236℃附近的β-CaSO4向α-CaSO4（无水石膏Ⅰ）的固—固相转变，以及稍低于1400℃的呈尖锐的吸热熔融峰。
图4-18 石膏的热重分析—差示扫描量热同步热分析曲线
4.热重分析的联用技术 将热重分析与质谱（MS）分析仪或傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）联用，就能在线分析热重分析中形成的气体产物的性质。表4-4归纳了TGA/MS和TGA/FTIR两种联用技术的特点和优点。
表4-4 TGA/MS和TGA/FTIR两种联用技术的特点和优点(www.xing528.com)
图4-19为TGA与气体分析仪的连接示意图。
图4-19 TGA与气体分析仪的连接示意图
在TGA/MS联用系统中，用一根熔融石英毛细管将TGA与MS连接，测量时将毛细管加热至约200℃以防止气体凝结。TGA中试样逸出的一小部分被吸进MS。由于MS灵敏度很高，只需1％左右的逸出气体。吹扫气体为氩气或氮气。
TGA/FTIR可以分析所有来自TGA的吹扫气体和气体分解产物。气体通过加热到约200℃的玻璃涂层毛细钢管被输送到FTIR光谱仪的加热气体池。吹扫气体为不呈现红外吸收的氮气。
联用技术用于研究开发、质量控制以及缺陷检测。典型的应用有：热降解（氧化、热解）；蒸发和升华；基体中添加剂的检测；原料和产物的表征；化学反应（催化、合成、聚合）的研究；除气和吸附/脱附行为。
（1）TGA-MS。图4-20为一水草酸钙的TGA和DTG曲线以及MS分析曲线。水（m/z=18）、CO（m/z=28）、CO2（m/z=44）的MS曲线的碎片离子峰与TGA曲线上的各个台阶严格对应。第一个台阶表示样品失去结晶水，第二个台阶表示无水草酸钙分解生成CO，第三个台阶表示碳酸钙分解生成氧化钙和CO2。m/z=44的曲线表明，在第二个台阶约550℃时除CO外也有少量CO2生成，这是由于CO生成CO2和碳的反应发生歧化。
实验条件：试样量26.4659mg，升温速率30K/min，70μL铝坩埚，氩气50mL/min。
（2）TGA-FTIR。图4-21为聚氯乙烯热降解的TGA、DTG以及红外光谱图和化学谱。TGA曲线呈现两个清晰的台阶。在310℃峰值处测量的红外光谱为热分解反应放出的HCl，热分解反应方程式如下：
（CH2—CHCl）n→（CH＝CH）n+nHCl
在第二个峰值（465℃）处测得的红外光谱为热解反应生成的聚乙烯发生环化反应生成的苯。图下面的曲线为3090～3075cm-1波数范围的化学谱，该范围的吸收带为芳香环分子（C—H伸缩振动）所特有。
图4-20 一水草酸钙热分解的TGA曲线、DTG曲线及MS曲线
图4-21 聚氯乙烯热降解的TGA、DTG曲线和红外光谱及化学谱图
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
