一、熱重分析法
熱分析(thermal analysis,TA)是在程序控制溫度下,測量物質的物理性質與溫度之間關系的一類技術。(熱分析技術經過了漫長的發展,早在很久以前人們就發現了與熱有關的物質轉化現象;
1887年La Chatelier利用升溫速率變化曲線來鑒別黏土,;
1899年Roberts Austen提出溫差法;
1903年Tammann首次使用了熱分析這一術語;
1915年,本多光太郎提出熱天平這一概念,奠定了現代熱重法的基礎。熱分析技術發展到現在已經非常成熟,廣泛用于科研工作與實際生產當中。)目前常用的熱分析法有熱重法 (TGA) 、差熱分析法 (DTA)、差式掃描量熱法(DSC)、熱機械分析法(TMA、DMA)等。
熱重分析法(thermogravimetry analysis, TGA)是在程序控制溫度下,測量物質的質量與溫度之間關系的一種技術,是應用最廣泛的熱分析技術之一。通過物質的質量隨溫度的變化關系可以研究物質承受溫度變化而產生的例如揮發、分解等物理化學變化過程以及探究物質熱變化過程中產生的中間產物的組成、熱穩定性、熱分解情況等等。其特點是采樣量少, 操作簡單快速, 精密度高。常用來研究晶體性質的物理變化和物質的解離、脫水、氧化、還原等化學現象,在定性、定量表征材料的熱性能、物理性能、機械性能以及穩定性等方面有著廣泛地應用。
二、熱重數據的表示方法
由熱重法測得的記錄為熱重曲線(TG曲線),一般以質量G為因變量,溫度T為因變量。從熱重法衍生出微商熱重法(DTG),它是研究物質的質量變化速率(dm/dt)與溫度T或時間t的關系;它的記錄即為微商熱重曲線(DTG曲線),以質量變化率為自變量,因變量為溫度或時間。
TG曲線與DTG曲線有一定的聯系。DTG曲線上的峰頂(d2m/dt2=0)即失重速率的最大值,與TG曲線的拐點相應;DTG曲線上的峰數與TG曲線的階梯數相等;峰面積正比于試樣質量,因此可用來計算失重量。DTG曲線可以微分TG曲線得到,也可以用適當的儀器直接測得。DTG曲線比TG曲線優越性大,它提高了TG曲線的分辨力。下圖為典型的TG曲線和DTG曲線。
三、熱重分析法分類
動態質量變化測量(溫度掃描型)方法,是指在程序升、降溫和一定氣氛下,測量試樣質量隨溫度T變化的方法。
等溫質量變化測量(等溫型)方法,是指在恒溫T和一定氣氛下,測量試樣質量隨時間t變化的方法。
控制速率熱分析( controlled rate thermal analysis, CRTA)方法,是指控制溫度時間曲線,使試樣性質按固定的速率變化的方法自動分步TGA方法,是指在溫度達到或者高于設定的失重速率時,儀器自動降低升溫速率或者等溫,而當失重速率低于設定的速率時,試樣繼續按照升溫程序升溫,從而達到失重臺階自動分步的解析效果的方法。與反應速率呈指數提高速率受熱量傳遞和質量傳遞限制的控溫技術相比,CRTA技術更能以化學反應作為限制步驟。該項技術也可改善多重反應的分辨率。例如,對于控制速率實驗輸給爐子的功率是受控制的,以確保質量損失(或增加)的速率固定。