一、热重分析法
热分析(thermal analysis,TA)是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。(热分析技术经过了漫长的发展,早在很久以前人们就发现了与热有关的物质转化现象;
1887年La Chatelier利用升温速率变化曲线来鉴别黏土,;
1899年Roberts Austen提出温差法;
1903年Tammann首次使用了热分析这一术语;
1915年,本多光太郎提出热天平这一概念,奠定了现代热重法的基础。热分析技术发展到现在已经非常成熟,广泛用于科研工作与实际生产当中。)目前常用的热分析法有热重法 (TGA) 、差热分析法 (DTA)、差式扫描量热法(DSC)、热机械分析法(TMA、DMA)等。
热重分析法(thermogravimetry analysis, TGA)是在程序控制温度下,测量物质的质量与温度之间关系的一种技术,是应用最广泛的热分析技术之一。通过物质的质量随温度的变化关系可以研究物质承受温度变化而产生的例如挥发、分解等物理化学变化过程以及探究物质热变化过程中产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况等等。其特点是采样量少, 操作简单快速, 精密度高。常用来研究晶体性质的物理变化和物质的解离、脱水、氧化、还原等化学现象,在定性、定量表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛地应用。
二、热重数据的表示方法
由热重法测得的记录为热重曲线(TG曲线),一般以质量G为因变量,温度T为因变量。从热重法衍生出微商热重法(DTG),它是研究物质的质量变化速率(dm/dt)与温度T或时间t的关系;它的记录即为微商热重曲线(DTG曲线),以质量变化率为自变量,因变量为温度或时间。
TG曲线与DTG曲线有一定的联系。DTG曲线上的峰顶(d2m/dt2=0)即失重速率的最大值,与TG曲线的拐点相应;DTG曲线上的峰数与TG曲线的阶梯数相等;峰面积正比于试样质量,因此可用来计算失重量。DTG曲线可以微分TG曲线得到,也可以用适当的仪器直接测得。DTG曲线比TG曲线优越性大,它提高了TG曲线的分辨力。下图为典型的TG曲线和DTG曲线。
三、热重分析法分类
动态质量变化测量(温度扫描型)方法,是指在程序升、降温和一定气氛下,测量试样质量随温度T变化的方法。
等温质量变化测量(等温型)方法,是指在恒温T和一定气氛下,测量试样质量随时间t变化的方法。
控制速率热分析( controlled rate thermal analysis, CRTA)方法,是指控制温度时间曲线,使试样性质按固定的速率变化的方法自动分步TGA方法,是指在温度达到或者高于设定的失重速率时,仪器自动降低升温速率或者等温,而当失重速率低于设定的速率时,试样继续按照升温程序升温,从而达到失重台阶自动分步的解析效果的方法。与反应速率呈指数提高速率受热量传递和质量传递限制的控温技术相比,CRTA技术更能以化学反应作为限制步骤。该项技术也可改善多重反应的分辨率。例如,对于控制速率实验输给炉子的功率是受控制的,以确保质量损失(或增加)的速率固定。
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