TG 热分析ppt课件

1、.,热重分析实验 (TA公司SDT-Q600热分析仪),.,一 什么是热分析？ 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度或者时间变化的一类技术。 程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、升学、电学及磁学性质等。,.,热分析技术的分类 热重分析 (TGA,Thermogravimetry Analysis ) 示差扫描量热分析 (DSC, Differential Scaning Calorimetry ) 同步 DSC/TGA分析 (SDT, Simultaneous DSC-TGA) 差热分析 (DTA, Differential

2、 Thermal Analysis) 动态力学分析 (DMA,Dynamic Mechanical Analysis) 热机械分析 (TMA,Thermomechanical Analysis),.,热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况，解释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线尤其困难。目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器串接或间歇联用，常用气相色谱仪、质谱仪、红外光谱仪、X光衍射仪等对逸出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的分析，从而推断出反应机理。,与其它技术的联用性,.,可以理解TGA为带温度控制的高级天平。,.,二 热重分析仪结构 一般由

3、记录天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统构成。,.,SDT Q600天平室构造图1,.,SDT Q600天平室构造图2,.,水平双杆式双天平设计构作图,.,内置数字式质量流量计/内置气体自动切换装,.,样品盘/样品热电偶的构造,SDTQ600 热电偶主要材料是Pt,有不少材料会对Pt损害。如果类似的样品测试 比较多，会引起热电偶失效。,.,.,Q600 样品盘,.,载气和冷却气接口,.,专用的单独反应性气体通道,.,单独反应性气体进口,.,三 热重曲线（TG曲线）,记录质量变化对温度的关系曲线 纵坐标是质量，横坐标为温度或时间。 微商热重曲线（DTG）：纵坐标为dW/dt，横坐标为温度或时

4、间。,.,四 热重的具体应用,1 . TG法研究热稳定性（热分解温度的比较） (1) 简单的相同条件比较法 即TG曲线中可以明显看出失重最剧烈的温度，即可由此对比热稳定性。,几种高聚物的TG曲线 1:聚氯乙烯 2:聚甲基丙烯酸甲酯 3:聚乙烯 4:聚四氟乙烯 5:聚酰亚胺,.,(2) 关键温度表示法 B点是TG曲线下降段最大斜率处 的切线与基线的交点。点B处外推起 始温度的重复性最好，所以常采用 此点的温度来表示材料的热稳定性。,TG曲线关键温度表示法 A:起始分解温度; B:外推起始温度； C:外延终止温度; D:终止温度； E:分解5的温度; F:分解10的温度； G:分解50的温度(半寿

5、温度),(3) 最大失重速度法（dw/dt法，微商程序分解温度法）,dpdt点即DTG曲线的峰顶温度（Tp）， 也就是最大失重速度点温度。,.,2. TG法用于高分子材料的共聚物和共混物的分析,(1) 对共聚物的分析 苯乙烯甲基苯乙烯共聚物的热稳定性 a:聚苯乙烯；b:苯乙烯甲基苯乙烯的无规共聚体； c:苯乙烯甲基苯乙烯的本体共聚体；d:聚甲基苯乙烯,该图表明共聚物的失重曲线均介于两个均聚物之间。,.,(2) 对于共混物的分析,下图是天然橡胶(NB)和乙丙橡胶(EPDM)的二元共混物的DTG曲线。共混物出现两个峰，分别与NR和EPDM（乙丙橡胶）的峰的位置相对应。由此可利用峰高或峰面积计算出二

6、元共混物的组成含量。,.,CuSO45H2O的TG曲线,曲线AB段为一平台，表示试样在室温至45间无失重。故mo=10.8mg。曲线BC为第一台阶，失重为mo-m1=1.55mg，求得质量损失率=,实验条件为试样质量为10.8mg，升温速率为10/min，采用静态空气，在铝坩埚中进行,曲线CD 段又是一平台，相应质量为m1；曲线DE 为第二台阶，质量损失为1.6mg，求得质量损失率,曲线EF段也是一平台，相应质量为m2；曲线FG 为第三台阶， 质量损失为0.8mg，可求得质量损失率,.,可以推导出CuSO45H2O 的脱水方程如下：,根据方程，可计算出CuSO45H2O 的理论质量损失率。计算

7、结果表明第一次理论质量损失率为,第二次理论质量损失率也是14.4%；第三次质量损失率为7.2%；固体剩余质量理论计算值为63.9%，总失水量为36.1%。理论计算的质量损失率和TG 测得值基本一致。,.,含个结晶水的CaC2O4H2O的热重曲线如图,草酸钙在100以前没有失重现象,其热重曲线呈水平状,为TG曲线的第一个平台。在100和200之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质量的12.3%,正好相当于每mol草酸钙失掉1molH2O,因此这一步的热分解应按脱水进行。在400和500之间失重并开始呈现第三个平台，其失重量占试样总质量的18.5%,相当于每mol草酸钙分解出1mo

8、lCO，因此这一步的热分解应按热分解反应进行。在600和800之间失重并出现第四个平台,其失重量占试样总质量的30,正好相当于每mol草酸钙分解出1molCO2,因此这一步的热分解应按热分解反应进行。可见借助热重曲线可推断反应机理及产物。,.,四 影响TGA实验结果的因素,1 仪器因素,包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材料等。 升温速率 升温速率高会使样品分解温度明显升高。如升温太快,试样来不及达到平衡，会使反应各阶段分不开。热滞后越严重，导致起始温度和终止温度偏高，甚至不利于中间产物的测出 。 合适的升温速率为510/min。 炉内气氛 一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解

9、用空气或氧气。 加热炉 影响炉内温度梯度和控温精度。 坩埚材料 一般为惰性材料，如铂，陶瓷等；注意：碱性试样不能用陶瓷或石英样品盘；常使用高铝瓷或刚玉(氧化铝)90l 测量坩埚。,.,2 样品因素,包括样品的质量、粒度、装样的紧密程度、样品的导热性等。 样品质量 样品在升温过程中,通常伴有吸热或放热现象。样品用量大，因吸放热引起的温度偏差大，使温度偏离线性程序升温,改变了TG曲线位置并且不利于热扩散和热传递。样品量越大,这种影响越大。对于受热产生气体的样品,样品量越大,气体越不易扩散。再则,样品量大时,样品内温度梯度也大,将影响TG曲线位置。因此实验时应根据天平的灵敏度,尽量减小样品量。一般6

10、-10mg合适。 样品粒度 样品的粒度太大,将影响热量的传递，反应较慢，反应滞后;粒度太小,则反应速率快，反应起始和终止温度都会降低。 装样的紧密程度 装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导但不利于气体扩散。要求装填薄而均匀。 热重法的实验结果与实验条件有关。但在相同实验条件下,同种样品的热重实验数据应该是能重现的。,.,五 SDT样品测试,1 开机准备 开高纯氮气, 出口压力小于20psi，约0.14MPa。 开SDT电源，仪器通过约2分钟自检后仪器开启成功。 运行 点击桌面TA Instrument Explorer，然后双击SDTQ600图标。,.,Control Menu，按,FURN

11、ACE,键打开炉子。,，另一个空,。,10,秒钟以上，让天平平稳后，按下仪器触摸屏上,z,键打开炉子，将保护盘旋转到样品平台下。,z,取下样品坩埚，,放在实验台干净的台面上(最好铺张干净的纸)，,将样品加入到坩埚,内。,（加样量与样品的性质有关，一般而言，有机、高分子类样品因分解剧烈，样,品量不宜太多，2-5mg,就够了）,。加样时须注意坩埚外壁及底部不能沾附样品或其,它物质。,z,将样品坩埚放置到样品平台上，尽量与空坩埚的放置位置一致。,z,按,FURNACE,键关闭炉子。,(,触摸屏上的,Control,Menu,中，,请不要按,Ship,和,Switch,Gas,这二个键，,以免出错。,

12、),（注意：关闭炉子的时候，注意观察炉子不要碰上测试杆!）,加样 在仪器的液晶触摸屏上，选择Control Menu，按FURNACE键打开炉子。 将一个空坩埚放到参照平台上（如果参比坩埚未被污染，可重复使用）， 另一个空坩埚放到样品平台上。（若有上一次测试的样品坩埚，请先取出）。 按FURNACE键关闭炉子后，等待10秒钟以上，让天平平稳后，TARE， 将空坩埚重量置零。 按FURNACE键打开炉子，将保护盘旋转到样品平台下。 取下样品坩埚，放在实验台干净的台面上(最好铺张干净的纸)，将样品加入 到坩埚内。（加样量与样品的性质有关，一般而言，有机、高分子类样品因分 解剧烈，样品量不宜太多，2

13、-5mg就够了）。加样时须注意坩埚外壁及底部不能 沾附样品或其它物质。 将样品坩埚放置到样品平台上，尽量与空坩埚的放置位置一致。 按FURNACE键关闭炉子。 （注意：关闭炉子的时候，注意观察炉子不要碰上测试杆!）,.,设置实验参数,3 设置实验参数,在实验控制窗口设置实验参数。必要时，从View菜单中选择Experiment View。 Summary页 Mode - SDT Standard 标准SDT测试模式 SDT Calibration SDT测试模式校正（工作人员专用） SDT Dual Sample 双样品测试模式（可同时提供两种样品的TGADTA信息 进行比较） SDT Dua

14、l Sample Calib. 双样品测试模式校正（工作人员专用） 选择不同的Mode，相应的Test内容有所不同。 如在Standard模式下，Test的内容为： Test - Custom 自行编辑实验程序 Ramp 提供等速升温实验程序 Isothermal 提供恒温实验程序 ,.,Sample Name 输入样品名称。 Data File Name 数据文件名。点Browse键，从中选择自己课题的文件夹，再输入文件名。 Procedure页 在此页编辑实验方法。如果在Test中选择的是Custom，点Editor可进行实验方法的编辑；如果在Test中选择的是Ramp等已提供的实验程序，

15、只要修改相关参数。 Advanced.为数据采集间隔。一般为1.00pt/s。如无特殊需要，请不要修改此参数。 Post Test 当样品测试完毕后，仪器自动将炉子温度保持在此设定范围。请不要修改此参数！ Note页 输入操作者姓名、坩埚类别等。选择氮气或空气气源，流速设置为100mL/min。 以上三页参数设置完成后，点Apply。(注：应在加样开始前先通上气流),.,4 数据采集 以上步骤完成后，点start按钮，仪器开始按设定的方法进行实验并保存所采集的数据。屏幕右下角有实验图谱的实时显示。若要放大 观看，可从View菜单中选择Real Time Plot View。 在完成设定的实验程

16、序后，仪器会自动结束实验,并开始自然降温。 中途终止实验，点STOP键；中途放弃实验，点REJECT键。,.,5 数据处理 从View菜单中选择 Universal Analysis，进入数据分析处理窗口。 1 调出数据文件 点Open 钮，按文件路径选定文件后，点OK，出现Data File Information窗口Parameter栏列出了该文件的有关参数（若样品名等输入有误，可在此处修改）； 点Signals钮，选择所要绘图的X、Y轴的Single及Type。如热重曲线、热重的微商曲线、差热曲线、热流曲线等，点OK确认并退出。若点Save-OK，则所选择的X、Y轴参数将随文件一起保存；

17、 点Units钮，可以选择X、Y轴信号的单位；以上参数均确定后，点Data File Information窗中的OK，即调出图谱。 2改变坐标区间和分析范围 （1）选择Rescale菜单 Manual Rescale：输入所需的坐标起始、终止值 Full Scale All：回到最初完整的坐标。 Stack Axes：当同一文件有二个以上Y坐标时，可将各图谱互不重叠地显示。 （2）需局部放大时，可用鼠标在图谱区要放大的部分拉出一个虚框，左击虚框内部，框内图谱即放大。点Full Scale All，恢复初始图谱。 3. 在Graph菜单，Signals选择X、Y轴信号；units选择坐标信号的

18、单位。,.,六 注意事项 1. Q600SDT的最高测试温度为1300。1000以下允许最大升温速率为80/min；1000至1300允许最大升温速率为20/min；不要在600以上进行恒温实验；不要在400以上进行长时间的恒温实验。 2. 测试时必须保证足量的保护气体流经仪器，气体流速一般为100mL/min。调节分压阀要缓慢，调节过程中分压不允许超过0.12MPa，否则易损坏仪器内的气体质量流量计。 3. 测试前对样品应有基本的认识：成份是什么，加热后可能出现什么现象。如：含有氟化物、多糖类物质、表面活性剂的样品，加热后容易爬出坩埚，导致仪器污染；含高氯酸根或次氯酸根的样品，分解物腐蚀白金

19、，直接损坏测样平台；含铁金属的有机化合物以及升华物质或加热后产生升华物质的样品，都会污染仪器。,.,SDT控制软件介绍,对每个Run具体设置,信号显示区,实验方法显示区,实时图谱显示区,.,Summary 主要定义样品名，存储文件名等,.,Procedure主要是编辑实验方法。点击Edit可以进入 实验方法编辑窗口。通过New可建立新的实验方法。 如果该方法后续会使用到，可点击save保存，实验的 时候点击Open打开。,.,点击post test，设置实验结束后炉体打开或关闭状态。,点击advanced可以设置数据采样间隔。,.,Note窗口设置好气体流量后在信号栏里确认，默认样品吹扫为10

20、0ml/min.,.,GAS1/GAS2的气体种类设定,.,SDT实验方法常用命令。一般一个完整的SDT实验，需要包括起始温度，升温速度，结束温度。 Equilibrate 设置一个开始温度，炉体会从当前温度快速升温或者降温到设定温度并且稳定，当仪器检查炉体温度稳定到设定值后，程序自动转入下一步。如果实验从室温开始，可以不要设置起始温度。 Ramp 设定升温（降温）速度和实验结束温度。当结束温度低于开始温度，Ramp为一个降温实验。 Isothermal 设置一个恒温过程，以前一步结束温度恒温。,.,样品名,样品盘类型,存储文件名,Summary,.,.,点击start开始试验,.,六 分析软件-TGA部分分析,开启档案,.,.,选择 signals,.,选择signal单位,.,选择分析的目标轴,.,选择 重量变化,.,按鼠标左键选择分析范围,使用 鼠标右键开启 确认窗口,.,按鼠标左键选择分析范围,使用 鼠标右键开启 确认窗口,.,.,重复先前步骤继续分析,.,分析残余量 residue,.,选择分析数据最尾端,.,.,分析某个重量损失特性百分比的温度点