熱重分析TGA基本原理、分類(lèi)和應(yīng)用
熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）是指在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。TGA在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測(cè)手段。熱重分析在實(shí)際的材料分析中經(jīng)常與其他分析方法聯(lián)用，進(jìn)行綜合熱分析，全面準(zhǔn)確分析材料。
中文名：熱重分析
外文名：Thermogravimetric Analysis
簡(jiǎn)稱(chēng)： TG或TGA
類(lèi)屬：熱分析技術(shù)
根據(jù)國(guó)際熱分析協(xié)會(huì)（International Confederation for Thermal Analysis，縮寫(xiě)ICTA）的定義，熱重分析指溫度在程序控制時(shí)，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間的關(guān)系的技術(shù)。這里值得一提的是，定義為質(zhì)量的變化而不是重量變化是基于在磁場(chǎng)作用下，強(qiáng)磁性材料當(dāng)達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，雖然無(wú)質(zhì)量變化，卻有表觀失重。而熱重分析則指觀測(cè)試樣在受熱過(guò)程中實(shí)質(zhì)上的質(zhì)量變化。
熱重分析所用的儀器是熱天平，它的基本原理是，樣品重量變化所引起的天平位移量轉(zhuǎn)化成電磁量，這個(gè)微小的電量經(jīng)過(guò)放大器放大后，送入記錄儀記錄；而電量的大小正比于樣品的重量變化量。當(dāng)被測(cè)物質(zhì)在加熱過(guò)程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結(jié)晶水時(shí)，被測(cè)的物質(zhì)質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化。這時(shí)熱重曲線就不是直線而是有所下降。通過(guò)分析熱重曲線，就可以知道被測(cè)物質(zhì)在多少度時(shí)產(chǎn)生變化，并且根據(jù)失重量，可以計(jì)算失去了多少物質(zhì)（如CuSO4·5H2O中的結(jié)晶水）。從熱重曲線上我們就可以知道CuSO4·5H2O中的5個(gè)結(jié)晶水是分三步脫去的。TGA 可以得到樣品的熱變化所產(chǎn)生的熱物性方面的信息。
熱重分析通常可分為兩類(lèi)：動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。
1、靜態(tài)法：包括等壓質(zhì)量變化測(cè)定和等溫質(zhì)量變化測(cè)定。等壓質(zhì)量變化測(cè)定是指在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)在恒定揮發(fā)物分壓下平衡質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種方法。等溫質(zhì)量變化測(cè)定是指在恒溫條件下測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與壓力關(guān)系的一種方法。這種方法準(zhǔn)確度高，但是費(fèi)時(shí)。
2、動(dòng)態(tài)法：就是我們常說(shuō)的熱重分析和微商熱重分析。微商熱重分析又稱(chēng)導(dǎo)數(shù)熱重分析（DerivativeThermogravimetry，簡(jiǎn)稱(chēng)DTG），它是TG曲線對(duì)溫度（或時(shí)間）的一階導(dǎo)數(shù)。以物質(zhì)的質(zhì)量變化速率（dm/dt） 對(duì)溫度T（或時(shí)間t）作圖，即得DTG曲線。
儀器構(gòu)造
進(jìn)行熱重分析的基本儀器為熱天平，它包括天平、爐子、程序控溫系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等幾個(gè)部分。除熱天平外，還有彈簧秤。
熱重分析儀結(jié)構(gòu)：
?。?）試樣支持器；
?。?）爐子；
?。?）測(cè)溫?zé)犭娕迹?/p>
（4）傳感器；
（5）平衡錘；
?。?）阻尼和天平復(fù)位器；
（7）天平；
（8）阻尼信號(hào)
影響因素
影響熱重法測(cè)定結(jié)果的因素，大致有下列幾個(gè)方面：儀器因素，實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)的選擇，試樣的影響因素等等。
1、浮力及對(duì)流的影響。浮力和對(duì)流引起熱重曲線的基線漂移。熱天平內(nèi)外溫差造成的對(duì)流會(huì)影響稱(chēng)量的精確度。解決方案：空白曲線、熱屏板、冷卻水等。
2、揮發(fā)物冷凝的影響。解決方案：熱屏板。
3、溫度測(cè)量的影響。解決方案：利用具特征分解溫度的高純化合物或具特征居里點(diǎn)溫度的強(qiáng)磁性材料進(jìn)行溫度標(biāo)定。
4、升溫速率。升溫速率越大，熱滯后越嚴(yán)重，易導(dǎo)致起始溫度和終止溫度偏高，甚至不利于中間產(chǎn)物的測(cè)出。
5、氣氛控制。與反應(yīng)類(lèi)型、分解產(chǎn)物的性質(zhì)和所通氣體的種類(lèi)有關(guān)。
6、紙速。走紙速度快，分辨率高。
7、坩堝形狀。
8、試樣因素。試樣用量、粒度、熱性質(zhì)及裝填方式等。用量大，因吸、放熱引起的溫度偏差大，且不利于熱擴(kuò)散和熱傳遞。粒度細(xì)，反應(yīng)速率快，反應(yīng)起始和終止溫度降低，反應(yīng)區(qū)間變窄。粒度粗則反應(yīng)較慢，反應(yīng)滯后。裝填緊密，試樣顆粒間接觸好，利于熱傳導(dǎo)，但不利于擴(kuò)散或氣體。要求裝填薄而均勻。
應(yīng)用
熱重分析法可以研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象；研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過(guò)程、脫水、解離、氧化、還原、成份的定量分析、添加劑與填充劑影響、水份與揮發(fā)物、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等化學(xué)現(xiàn)象。
廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。
熱重法的重要特點(diǎn)是定量性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率，可以說(shuō)，只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來(lái)研究其變化過(guò)程。熱重法已在下述諸方面得到應(yīng)用：
無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及聚合物的熱分解；
金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過(guò)程；
固態(tài)反應(yīng)；
礦物的煅燒和冶煉；
液體的蒸餾和汽化；
煤、石油和木材的熱解過(guò)程；
含濕量、揮發(fā)物及灰分含量的測(cè)定；
升華過(guò)程；
脫水和吸濕；
爆炸材料的研究；
反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究；
發(fā)現(xiàn)新化合物；
吸附和解吸；
催化活度的測(cè)定；
表面積的測(cè)定；
氧化穩(wěn)定性和還原穩(wěn)定性的研究；
反應(yīng)機(jī)制的研究。
還可以作為測(cè)量固體表面酸堿度的表征手段。
樣品制備
熱重分析樣品制備比較復(fù)雜，需要考慮很多因素，下面是一些常見(jiàn)的樣品制備過(guò)程需要考慮的因素：
1：對(duì)于要分析的物質(zhì)，樣品需有代表性。
2：制備過(guò)程中，樣品需盡可能沒(méi)有變化。
3：制備過(guò)程中，樣品需沒(méi)有受到污染。
4：樣品制備方法應(yīng)該是一致和可重復(fù)的。只有一致的樣品量才較好獲得可對(duì)比的TGA數(shù)據(jù)。
5：樣品量的考慮。如果想獲得足夠的精確度，應(yīng)有足夠的樣品量。特別是物質(zhì)揮發(fā)成分非常小或者物質(zhì)非均勻，此時(shí)更應(yīng)該加入足夠的樣品量，方能測(cè)量準(zhǔn)確。但是試樣量越大，整個(gè)試樣的溫度梯度也會(huì)加大，對(duì)于導(dǎo)熱較差的試樣更甚。而且反應(yīng)產(chǎn)生氣體向外擴(kuò)散的速率與試樣量有關(guān)，試樣量越大，氣體越不容易擴(kuò)散。
6：樣品形態(tài)的考慮。制備過(guò)程中，需考慮樣品形態(tài)的影響。樣品的形狀和顆粒大小不同，對(duì)熱重分析的氣體產(chǎn)物擴(kuò)散影響亦不同。一般來(lái)說(shuō)大片狀的試樣的分解溫度比顆粒狀的分解溫度高，粗顆粒的分解溫度比細(xì)顆粒的分解溫度高。
7：試樣裝填方法。試樣裝填越緊密，試樣間接觸越好，熱傳導(dǎo)性就越好。這會(huì)讓溫度滯后現(xiàn)象變小。但是裝填緊密不利于氣氛與顆粒接觸，阻礙分解氣體擴(kuò)散或逸出。因此可以將試樣放入坩堝之后，輕輕敲一敲，使之形成均勻薄層。
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焦點(diǎn)事件
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焦點(diǎn)事件
