熱重分析儀(TGA)分析測試及應用

熱重分析儀（Thermo Gravimetric Analyzer）是一種利用熱重法檢測物質溫度-質量變
化關系的儀器。熱重法是在程序控溫下，測量物質的質量隨溫度（或時間）的變化關系。
分析方法
當被測物質在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結晶水時，被測的物質質量就會
發生變化。這時熱重曲線就不是直線而是有所下降。通過分析熱重曲線，就可以知道被測物
質在多少度時產生變化，并且根據失重量，可以計算失去了多少物質，（如 CuSO4·5H2O
中的結晶水）。從熱重曲線上我們就可以知道 CuSO4·5H2O 中的 5 個結晶水是分三步脫去
的。通過 TGA 實驗有助于研究晶體性質的變化，如熔化、蒸發、升華和吸附等物質的物理
現象；也有助于研究物質的脫水、解離、氧化、還原等物質的化學現象。熱重分析通常可分
為兩類：動態(升溫)和靜態(恒溫)。 熱重法試驗得到的曲線稱為熱重曲線(TG 曲線)，TG
曲線以質量作縱坐標，從上向下表示質量減少；以溫度(或時間)作橫坐標，自左至右表示溫
度(或時間)增加。
工作原理
熱重分析儀主要由天平、爐子、程序控溫系統、記錄系統等幾個部分構成。
最常用的測量的原理有兩種，即變位法和零位法。所謂變位法，是根據天平梁傾斜度與質量
變化成比例的關系，用差動變壓器等檢知傾斜度，并自動記錄。零位法是采用差動變壓器法、
光學法測定天平梁的傾斜度，然后去調整安裝在天平系統和磁場中線圈的電流，使線圈轉動
恢復天平梁的傾斜，即所謂零位法。由于線圈轉動所施加的力與質量變化成比例，這個力又
與線圈中的電流成比例，因此只需測量并記錄電流的變化，便可得到質量變化的曲線。
分析應用
熱重法的重要特點是定量性強，能準確地測量物質的質量變化及變化的速率，可以說，只要
物質受熱時發生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法所測的性質包括腐
蝕，高溫分解，吸附 /解吸附，溶劑的損耗，氧化 /還原反應，水合 /脫水，分解，黑煙末
等，目前廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料與復合材料等
各領域的研究開發、工藝優化與質量監控。
具體包括：
無機物、有機物及聚合物的熱分解； 金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程； 固態反應； 礦
物的煅燒和冶煉； 液體的蒸餾和汽化； 煤、石油和木材的熱解過程； 含濕量、揮發物及
灰分含量的測定； 升華過程； 脫水和吸濕； 爆炸材料的研究； 反應動力學的研究； 發
現新化合物； 吸附和解吸； 催化活度的測定； 表面積的測定； 氧化穩定性和還原穩定性
的研究； 反應機制的研究。