热重分析和差热分析报告

热

分

析

方法一

：热分析法概述二

：差

热

分

析法

(DTA)三

：

热

重

法

(TG)热

分

析

法

概

述热分析方法是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行。分析的总称。根据国际热对热分析法的定义：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门技术。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、声学及磁学性质等。物质

在温

度

变

化

过

程中，

常

常

伴随宏

观

物理、化学等

性

质的变化，宏观上的这些性质变化通常又与物质的组成和

微观结构相关联。通过测量和分析物质在加热或冷却过程

中的

物理

、化学性

质的

变

化，可以对

物

质

进行

定

性、

定

量

分析，从而实现对物质的结构鉴定，为新材料的研究和开

发提供热性能数据和精细结构信息。热分析需满足三个条件1)测量的参数必须是一种“物理性质”,

包

括

质量

、

温度

、

热焓变化

、

尺寸

、

机械特性

、

声学特

性、电学及磁学特性等。2)

测量

参

数

必

须

直

接

或

者间

接

表

示

成

温

度的函

数关

系

。3

)

测量必须在程序控制的温度下进行.物理性质分

析

技

术

名

称简

称物理性质分

析

技

术

名

称简称1

.

质

量1)热重法TG3

.

热

焓9

)

差

示

扫

描

量

热

法DSC2

)

等

压

质

量

变

化

测定4

.

尺

寸1

0

)

热

膨

胀

法3

)

逸

出

气

体

检

测EGD5

.

力

学

特性1

1

)

热

机

械

分

析TMA4

)

逸

出

气

体

分

析EGA1

2

)

动

态

热

机

械

分

析DMA5

)

放

射

热

分

析6

.

声

学

特性1

3

)

热

发

声

法6

)

热

微

粒

分

析1

4

)

热

声

学

法2

.

温

度7

)

加

热

曲

线

测

定7

.

光

学

特性1

5

)

热

光

学

法8

)

差

热

分

析DTA8

.电

学

特性1

6

)

热

电

学

法9

.

磁

学

特

性1

7

)

热

磁

学

法热

分

析

法

种

类热

分

析

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。4、材料质量测定：如纯度测定、物质的玻璃化转变和居里点

材料的使用寿命测定。5、

材料的力学性质测定：抗冲击性能、粘弹性、弹性模量、损耗指数和剪切模量等的测定。6、环境监测：

研究蒸汽压、沸点、易燃性等。差热分析法(DTA)(DifferentialThermalAnalysis)定义：在程序控制温度下，

测量物质和参比物之间

的温

度

差与

温

度关系的一种技术

。当试样发生任何物理(如相转变、熔化、结晶、升

华等)或化学变化时，所释放或吸收的热量使试

样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在

DTA曲线上得到放热或吸收峰。差

热

分

析

曲

线根据国际分析协会ICTA的规定，差热分析DTA是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热或

冷却，

将

两

者间的

温

度

差

对

时间

或

温

度

作

记

录的方法。从DTA获

得的曲

线

试

验

数

据

是

这

样

表

示的)

,从左到右

增

加

。:纵坐标是试样与参比物的温度差△T,向上表示放热反应，向下表示吸热反应，横坐标为T(或t试样S

与参比物R

分别装在两个坩埚内。在坩埚下面各有一个

片状热电偶，这

两

个热电

偶

相互

反

接。对S和R同时进行程序升温，当加热到某一温

度试样发生放热或吸热时，试样的温度Ts会高于

或低于参比物温度TR产生温度差△T,该温度差

就由上述两个反接的热电偶以差热电势形式输给差热放大器，经放大后输入记录仪，得到差热曲线，

即DTA

曲线

。聚

合

物

材

料的

典型

DTA曲

线1—玻璃化转变；2—氧化放热峰；3—结晶峰；4—熔融峰；5—分解

慧T'/℃匀热

重

分

析

法·分

析

原

理·

仪器装置·

影响因素·

应

用基

本

原

理许多物质在加热或冷却过程中除了产生热效应外，往往有

质量变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成

和结构密切有关。因此利用在加热和冷却过程中物质质量

变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。·

热重分析法(TG)

:在程序控制温度下，测量物质的质量与温度变化关系的一种技术。

TG曲线记录的是质量-温度，

质量保

留

百分

率

-

温

度

或

失

重

百

分

率

-

温

度

的

关

系。m=f(T

或t)热重分析法包括静态法和动态法两种类型·静态法又分等压质量变化测定和等温质量变化测定两种。·

等压质量变化测定又称自发气氛热重分析，是在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关

系的一种方法。该方法利用试样分解的挥发产物所形成的

气体作为气氛，并控制在恒定的大气压下测量质量随温度的变化，其特点就是可减少热分解过程中氧化过程的干扰

。等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与温

度关系的一种方法。该法每隔一定温度间隔将物质恒温至

恒重，记录恒温恒重关系曲线。·

动态法又称非等温热重法，分热重分析和微商热重分析。热重和微商热重分析都是在程序升温的情况下，测定物质质量变化与温度的关系。微商热重分析又称导数热重分析

(derivative

thermogravimetry,DTG),

它是记录热重曲线

对温度或时间的一阶导数的一种技术。由于动态非等温热

重分析和微商热重分析简便实用，又利于与DTA

、DSC等

技术联用，因此广泛应用在热分析技术中。T/(图19-1

热

重

分

析

曲

线(图

铬线酸上

标；；出的

字

为酸温

度.；/℃)3中-1.定量分析：

组

成不同，质

量变化不同。获取信息：

热稳定性、抗

热氯化性、吸附水、结晶

水、脱水速率、干燥条件、

热分解等相关信息。·

适合热重分析的反应：

±△mAg,CrO,O₂1+Ag+AgCrO吸附水挥发质量恒定失重tC(b)微商热重法(DTG):记录质量变化速率与温

度的关系，即将质量对温度求导。不同点TG

与DTG:

信号处理方式不同。

曲线：台阶与峰

形

；原理：共性。DTG:分辨率提高；信息多。钙

、

锶

、

钡三种元素的草酸盐

的

DTG

曲

线

(a)

和

TG曲

线

(b)dm/dt=f(T

或

t)(a)t/℃DTG

曲

线

的

优点>能准确反映出起始反应温度T,

达到最大反应速率的温>更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG

比TG分辨率更高。>DT

G曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重量，较TG能更精确地进行定量分析。>能方便地为反应动力学计算提供反应速率(dw/dt)

数据>DTG与DTA

具有可比性，通过比较，能判断出是重量变

化引起的峰还是热量变化引起的峰。TG

对此无能为力。度T。和反应终止温度T;。>TG

与DTG

的测量都要依靠热天平。>

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

津量及记录系统；

(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。热天平由精密天平和线性程序控温加

热炉组成。1'B9测

建

单

元记

录1

级于

导

带

支

破

的

热

天

北

示

意

图1-

测

沸

热电体

；2.试样加埚支架：

3.炉子4-温

控

热

电偶

：

5.

吊带

：

6.光

源

；了

.

北

栏

；

8+

f

度

收

元

件

，9.磁铁与线圈。程

序

控

制

单

元

52

64之3热

重

分

析

仪

(TG)

原

理

图三路气体的质量流量计热天平热天平测量原理·

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(光敏三极管)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。含有一个结晶水的草酸钙的TG曲线和DTG曲线(400

-

500℃,失重量18

.

5%)

(600-800℃,失重量30.5%)CaC₂O₄·H₂O→CaC₂O₄+H₂O(100-200℃,失重量12.5

%)CaC₂O₄→CaCO₃+CO

CaCO₃→CaO+CO₂影

响

因

素1.升温速率升温速率快：TG曲线出现弯曲；升温速率慢：曲线易出现平台。以较慢的升温速

率为宜：过快的升温速率有时会导致丢失某些中间产

物的信息。2

.

试样容器形状及材质对涉及气体的物质有明显影响。惰性材质：铂和陶瓷3.炉内气氛提供：动态(流动)或静态气氛；惰性或真空环境4.试样量：①吸热(放热)反应：试样量越大，试样温度偏离线性程序升温的程度越大；②气体产生的试样：试样量越大，中间产生

的气体扩散出去的阻力越大；③试样量越大，试样内易产生温度梯度，

不利于热平衡。样品量要少，粒度也以越细越好，而且要尽

可能将样品铺平。5.热天平的灵敏度灵敏度个：试样用量山