材料研究與測試方法Apdf課件 4.2 熱重分析

4.2熱重分析一定義

熱重分析（TG）

（ThermogravimetryAnalysis）

——在程序控制溫度下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度或時間關(guān)系的一種技術(shù)。

——定量性強。

對試樣的質(zhì)量隨以恒定速度變化的溫度或在等溫條件下隨時間變化而發(fā)生的改變量進行測量的一種動態(tài)技術(shù)。利用加熱或冷卻過程中物質(zhì)質(zhì)量變化的特點，可以區(qū)別和鑒定不同的物質(zhì)。二基本原理

由熱重法所記錄的曲線稱為熱重曲線或TG曲線，它以質(zhì)量m（或質(zhì)量參數(shù)）為縱坐標(biāo)，以溫度T或時間t為橫坐標(biāo)，反映了在均勻升溫或降溫過程中物質(zhì)質(zhì)量與溫度或時間的函數(shù)關(guān)系：

m=f(T)或f(t)三熱重曲線

例如：某固體的熱分解（或脫水）反應(yīng)為：

A(固)B(固)+C(氣)

Tc:反應(yīng)的起始溫度；Tf:反應(yīng)的終止溫度；TcTf:反應(yīng)的溫度區(qū)間。其TG曲線如下:四TG曲線的影響因素1浮力的影響

TG的質(zhì)量測定是在熱天平上進行的。由于溫度的變化引起氣體密度的變化，必然導(dǎo)致氣體浮力的變動。即使試樣質(zhì)量沒有改變，在升溫時似乎也在“增重”，這種現(xiàn)象稱為表觀增重。實驗表明，溫度小于200℃時增重速度最快，在200℃至1000℃之間，ΔW與T基本上成線性關(guān)系。

通常隨著升溫速度的減慢，TG曲線所反映出來的分解溫度也有所降低。常用升溫速度:

5℃/min；10℃/min；

15℃/min；20℃/min。2升溫速度的影響:3試樣用量的影響:在儀器的靈敏度范圍內(nèi)，試樣的用量應(yīng)盡可能的少，因為試樣量多時會使熱傳導(dǎo)變差而影響分析結(jié)果。粒度對熱傳導(dǎo)及氣體擴散有較大的影響。不同的試樣粒度可導(dǎo)致氣體產(chǎn)物擴散作用的較大差異，引起反應(yīng)速度及TG曲線形狀的變化。粒度愈小反應(yīng)速度愈快，TG曲線Tc和Tf都下降，反應(yīng)區(qū)間變窄;

顆粒大時往往得不到較理想的TG曲線。

4粒度的影響:熱重法的儀器是熱天平，它既可以加熱樣品，又可連續(xù)記錄質(zhì)量與溫度間的函數(shù)關(guān)系。熱天平的主要組成部分包括：（1）加熱爐；（2）程序控溫系統(tǒng)；（3）可連續(xù)稱量樣品質(zhì)量的天平；（4）記錄系統(tǒng)。

五熱重分析儀(熱天平)熱重分析儀（TG）原理圖

在程序溫度（升／降／恒溫及其組合）過程中，由天平連續(xù)測量樣品質(zhì)量的變化,并將數(shù)據(jù)傳遞到計算機中對時間(或)溫度進行作圖，即得到熱重曲線。

（1）加熱爐；（2）程序控溫系統(tǒng)；

(3）可連續(xù)稱量樣品質(zhì)量的天平；

(4）記錄系統(tǒng)。

熱天平的主要組成部分

熱天平一般是根據(jù)質(zhì)量的變化引起天平梁傾斜來測定的，而測量的方法通常用零位法。

熱天平

當(dāng)由于質(zhì)量變化引起天平梁傾斜時，利用電磁作用力使天平梁重新恢復(fù)到原來的平衡位置，所施加的力與質(zhì)量變化成正比，這個電磁力，其大小和方向可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換機構(gòu)線圈中的電流來實現(xiàn)，而天平的平衡狀態(tài)則可用差動變壓器或光電系統(tǒng)來檢測和顯示。零位法：示意圖

測定時，試樣的質(zhì)量發(fā)生變化時，天平梁的平衡狀態(tài)被破壞，天平梁發(fā)生傾斜，光電檢測系統(tǒng)中的光電倍增管受到的光能量發(fā)生變化，光電信號經(jīng)電子放大后反饋到安裝在天平梁上的感應(yīng)線圈，使天平梁又返回到原來的平衡狀態(tài)。同時這個信號也被記錄儀所記錄，表明了質(zhì)量變化的檢測量。工作原理

只要物質(zhì)受熱時發(fā)生質(zhì)量的變化，都可以用熱重法來研究其變化過程。（１）測定結(jié)晶水的脫除、脫水量；（２）研究在生成揮發(fā)性物質(zhì)的同時所進行的熱分解反應(yīng)、固相反應(yīng)所需要的溫度及反應(yīng)過程；（３）利用熱分解或蒸發(fā)、升華等，進行混合物的定性、定量分析；

六應(yīng)用

應(yīng)用1草酸鹽的脫水和分解反應(yīng)

CaC2O4·H2OMgC2O4·H2O980℃CaC2O4·H2