热重分析仪的简介

　　热重分析仪（Thermo Gravimetric Analyzer）是利用热重法分析物质的温度-质量关系的仪器装置，热重法是热分析方法中使用zui多、zui广泛的一种。热重分析仪是分析化学研究中的重要仪器.在研究材料的分解稳定性等方面有重要的应用。

　　测量参数

　　DSC：熔融、结晶、相变、反应温度与反应热、燃烧热、比热……。

　　TG：热稳定、分解、氧化还原、吸附解吸、游离水与结晶水含量、成分比例计算等。

　　测量与研究材料的如下特性:

　　热稳定性 分解过程

　　吸附与解吸 氧化与还原

　　成分的定量分析 添加剂与填充剂影响

　　水分与挥发物 反应动力学

　　应用

　　热重分析仪可以应用的范围相当广，各种物质的反应或变化都具有重量的改变，热重分析仪都可以侦测得知其反应的重量变化与温度的关系，如金属的氧化或还原反应、矿物的脱水反应、有机物的氧化及碳化烧除反应，热分解，如CaCO3分解成CaO及CO2，其中CO2流出造成试料的重量变化，至于反应中若没有造成重量的变化，则热重分析仪无法分析，此时可以搭配热差分析仪或示差扫描热量分析仪来作分析。

　　主要特点

　　1、 国内体积zui小的、容机电控制为一体的整体化仪器（国内*） 。

　　2、 采用热惰性小的小型化加热炉，从室温开始就能保证对样品进行线性升温、降温、恒温等多种温度控制，控制采用微机软件PID算法。

　　3、 国内*采用试样支撑和参比物支撑分离，提高了热信号的分辨率和灵敏度，提高信噪比，捕捉微小的热信号的同时，减小了热浮力， 使温度变化产生的热重基线漂移(TG基线漂移)减为zui小，从而更接近于准确的重量变化测试。

　　4、 从微量样品到大型样品均可满足，差动型TGzui大样品可达200mg（更换大热电偶，zui大样品可达5g）。另外，可满足大小各种样品，在各种条件下产测试要求。

　　5、 智能化软硬件设计，全部测量过程自动完成，自动绘图，丰富的软件可完成TG常规数据处理；特殊数据处理多种动力学参数的计算；数据比较，可以同时打进行32个文件的对比）。

　　6、 国内*软件带有库查询功能，用户可以把已知的试样的曲线保存成库文件，在对于未知的试样进行分析时。软件可以自动在已知试样的曲线中找出与未知样品中性质相近试样分析出来；也可以分析出未知样的组份。

　　7、 国内*可在采集试样过程中，根据输出信号大小自动变换量程的智能化软硬件采集系统。

　　8、 国内*由用户利用标准试样对温度、热重各项数值进行校正，减少仪器误差。

　　9、 国内*采用进口尼龙吊带，终身不会损坏，用户可以任意移动天平，国内其它厂家采用金属张丝或国产尼龙吊带，容易损坏。

　　10、 微机可选用任意品牌的成品，与微机接口可以选为串口RS232或USB，可接笔记本电脑，其它的厂家的仪器只能接台式微机。

　　11、 自动化控温软件功能强大而灵活，用户界面友好，添加了丰富的数据分析功能和灵活的温度程序设定。可以在多个微机操作系统上运行的软件，如WinXP、Win2000、Win95/98平台

　　技术参数

　　温度数据

　　温度范围 HTG-1型为室温―1150℃；HTG-2型为室温―1450℃

　　温度准确度 ±0.3℃

　　温度重复性 ±0.5℃

　　升温速率 0.315℃/min至640℃/min

　　天平数据

　　测量范围 1mg至200mg

　　解析度 1ug

　　灵敏度 0.1ug

　　热重噪声 <1ug

　　真空度（仪器本身有真空密封措施） 选配真空机组后可达2.66-2pa

　　坩埚容积 约0.06ml

　　工作原理

　　热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。

　　zui常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。

　　影响因素

　　试样量和试样皿

　　热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。

　　试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、zui终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。

　　升温速率

　　升温速度越快，温度滞后越严重，如聚苯乙烯在N2中分解，当分解程度都取失重10%时，用1℃/min测定为357℃，用5℃/min测定为394℃相差37℃。升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水的一些中间物。

　　气氛影响

　　热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显着，CaCO3在真空、空气和CO2三种气氛中的TG曲线，其分解温度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解产物，气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解，使分解温度提高。

　　聚丙烯在空气中，150～180℃下会有明显增重，这是聚丙烯氧化的结果，在N2中就没有增重。气流速度一般为40ml/min，流速大对传热和溢出气体扩散有利。

　　挥发物冷凝

　　分解产物从样品中挥发出来，往往会在低温处再冷凝，如果冷凝在吊丝式试样皿上会造成测得失重结果偏低，而当温度进一步升高，冷凝物再次挥发会产生假失重，使TG曲线变形。解决的办法，一般采用加大气体的流速，使挥发物立即离开试样皿。

　　浮力

　　浮力变化是由于升温使样品周围的气体热膨胀从而相对密度下降，浮力减小，使样品表观增重。如：300℃时的浮力可降低到常温时浮力的一半，900℃时可降低到约1/4。实用校正方法是做空白试验，(空载热重实验)，消除表观增重。

　　TG曲线关键温度表示法

　　失重曲线上的温度值常用来比较材料的热稳定性，所以如何确定和选择十分重要，至今

　　华通特种工程塑料研究中心PE的TG曲线

　　华通特种工程塑料研究中心PE的TG曲线

　　还没有统一的规定。但人们为了分析和比较的需要，也有了一些大家认可的确定方法。A点叫起始分解温度，是TG曲线开始偏离基线点的温度；B点叫外延起始温度，是曲线下降段切线与基线延长线的交点。C点叫外延终止温度，是这条切线与zui大失重线的交点。D点是TG曲线到达zui大失重时的温度，叫终止温度。E、F、G分别为失重率为5%、10%、50%时的温度，失重率为50%的温度又称半寿温度。其中B点温度重复性，所以多采用此点温度表示材料的稳定性。当然也有采用A点的，但此点由于诸多因素一般很难确定。如果TG曲线下降段切线有时不好画时，美国ASTM规定把过5%与50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度；标准局(ISO)规定，把失重20%和50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度。[1] 

　　聚合物热稳定性的评价

　　评价聚合物热稳定性zui简单、方便的方法，是做不同材料的TG曲线并画在一张图上比较。右图测定了五种聚合物的热重曲线，由图可知，PMMA、PE、PTFE都可以*分解，但热稳定性依次增加。PVC稳定性较差，*步失重阶段是脱HCl，发生在200～300℃，脱HCl后分子内形成共轭双键，热稳定性提高(TG曲线下降缓慢)，直至较高温度约420℃时大分子链断裂，形成第二次失重。PMMA分解温度低是分子链中叔碳和季碳原子的键易断裂所致，PTFE是由于链中C-F键键能大，故热稳定性大大提高。聚酰亚胺PI由于含有大量的芳杂环结构，需850℃才分解40%左右，热稳定性较强。

　　分析应用

　　热重法的重要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，可以说，

　　只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。热重法所测的性质包括腐蚀，高温分解，吸附 /解吸附，溶剂的损耗，氧化 /还原反应，水合 /脱水，分解，黑烟末等，目前广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。具体包括：

　　无机物、有机物及聚合物的热分解； 金属在高温下受各种气体的腐蚀过程； 固态反应； 矿物的煅烧和冶炼； 液体的蒸馏和汽化； 煤、石油和木材的热解过程； 含湿量、挥发物及灰分含量的测定； 升华过程； 脱水和吸湿； 爆炸材料的研究； 反应动力学的研究； 发现新化合物； 吸附和解吸； 催化活度的测定； 表面积的测定； 氧化稳定性和还原稳定性的研究； 反应机制的研究。

　　分析举列

　　使样品处于程序控制的温度下,观察样品的质量随温度或时间的函数。广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。

　　测量物质的重量变化（在受控气氛内受温度变化）。所有塞塔拉姆天平都满足zui高的度和稳定性标准。由热重分析仪(TGA) 所测的性质包括腐蚀，高温分解，吸附 /解吸附，溶剂的损耗，氧化 /还原反应，水合 /脱水，分解，黑烟末等

　　仪器特点

　　温度范围: RT ～ 1000℃

　　加热与冷却速率快。

　　有效精度：1μg (内部精度: 0.1μg)

　　真空密封结构。

　　直接测定样品温度。

　　顶部装样设计,操作简易。

　　易与红外(FTIR)、气相质谱(QMS)、脉冲热分析(PulseTA) 及气相分析(GC)联用。

　　提供 c-DTA（计算型 DTA）功能（选件)

　　Super-Res（速率控制质量变化）功能（选件）

　　自动进样系统 ASC（选件）

　　TG 209 C 热重实验步骤

　　称取适当重量样品于坩埚中。

　　打开盖子 - 装入样品坩埚 - 关上盖子

　　在软件中设定温度程序与气氛等条件。

　　初始化工作条件，如气体流量、抽真空等。

　　开始测量。

　　实验结束后，使用 NETZSCH - Proteus 软件对原始数据进行分析。