常用的熱分析技術(shù)主要有熱重分析，差熱分析和差式掃描量熱分析，熱機(jī)械分析等。不同的分析技術(shù)需要采用不同的儀器進(jìn)行，因此其數(shù)據(jù)格式儀器種類和廠商的不同而存在一定的差異。雖然可以使用儀器附帶的數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，但這些數(shù)據(jù)分析軟件多數(shù)為儀器專屬附帶的分析軟件，難以廣泛提供給科研人員使用，且這些數(shù)據(jù)分析軟件分析處理后的圖形文件不一定能滿足實(shí)驗(yàn)報(bào)告和科研論文的需求。我們將使用不同的實(shí)例介紹使用Origin作圖軟件處理熱重分析數(shù)據(jù)、差示掃描量熱分析數(shù)據(jù)、熱機(jī)械分析數(shù)據(jù)的方法。采用的實(shí)例均為分析測(cè)試中心儀器測(cè)試的數(shù)據(jù)，軟件為Origin2022學(xué)習(xí)版。
1、熱重?cái)?shù)據(jù)文件及熱重曲線的Origin作圖分析測(cè)試中心可以熱重分析測(cè)試的儀器一共有3臺(tái)，分別是德國(guó)NETZSCH公司的同步熱分析儀STA449F3和STA449F5以及美國(guó)PerkinElmer公司的熱重分析儀TGA8000。前者導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件為Excel格式（圖1），后者導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件為T(mén)ext格式（圖2）。
圖1 德國(guó)NETZSCH公司的同步熱分析儀導(dǎo)出的Excel格式數(shù)據(jù)文件
圖2 美國(guó)PerkinElmer公司的熱重分析儀TGA8000導(dǎo)出的Text格式數(shù)據(jù)文件
在圖1中，可以看出同步熱分析儀給出的數(shù)據(jù)文件中樣品測(cè)試過(guò)程中的時(shí)間、溫度、質(zhì)量百分比變化（即歸一化后的樣品質(zhì)量變化）均已直接給出。因此可以直接用溫度為X軸，質(zhì)量百分比變化為Y軸在Origin中作熱重曲線圖（圖3）。
圖3 同步熱分析儀數(shù)據(jù)在Origin中作圖
在圖2中，熱重分析儀給出的數(shù)據(jù)文件給出的樣品測(cè)試過(guò)程的參數(shù)有時(shí)間、程序溫度、樣品溫度、樣品質(zhì)量變化等。其中作圖的X軸使用的溫度為樣品溫度，Y軸使用的質(zhì)量變化需做歸一化處理（以便進(jìn)行比較分析）。歸一化處理樣品的質(zhì)量變化需選定樣品的初始質(zhì)量，圖2中有兩個(gè)初始質(zhì)量，一個(gè)是樣品的初始稱量質(zhì)量，一個(gè)是樣品測(cè)試前稱量的質(zhì)量。熱重分析儀有自動(dòng)進(jìn)樣裝置，其可以一次性最多編輯48個(gè)樣品測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試。樣品的初始稱量質(zhì)量是在編輯測(cè)試程序時(shí)稱量的質(zhì)量，其稱量時(shí)間與樣品的測(cè)試開(kāi)始時(shí)間相隔有幾小時(shí)甚至幾十小時(shí)，此質(zhì)量與樣品測(cè)試開(kāi)始時(shí)的質(zhì)量會(huì)存在偏差，所以我們采用樣品測(cè)試前稱量的質(zhì)量為樣品的初始質(zhì)量對(duì)樣品的質(zhì)量變化進(jìn)行歸一化處理并作圖（圖4和圖5）。
圖4 熱重分析儀數(shù)據(jù)在Origin中進(jìn)行歸一化處理
圖5 熱重分析儀數(shù)據(jù)在Origin中作圖
熱重曲線在進(jìn)行分析前，需要進(jìn)行一定的預(yù)處理：平滑和微分。由于儀器導(dǎo)出的原始數(shù)據(jù)做的熱重曲線通常呈現(xiàn)出較為明顯的“毛刺”現(xiàn)象，即曲線的噪音比較大，需要進(jìn)行一定程度的平滑處理，以消除噪音。其平滑程度以保持曲線沒(méi)有明顯變化為準(zhǔn)。在熱重曲線的實(shí)際分析過(guò)程中，通常需要對(duì)熱重曲線進(jìn)行微分處理，得到DTG曲線作為熱重曲線分析時(shí)的輔助線。
圖6 熱重曲線平滑：右側(cè)黑線為原始曲線，紅線為平滑后的曲線。
如圖6，選中曲線，在菜單欄中選擇“分析”>“信號(hào)處理”>“平滑”，彈出對(duì)話框。方法選“相鄰平均法”，勾選“自動(dòng)預(yù)覽”，在窗口點(diǎn)數(shù)中點(diǎn)擊右側(cè)的下拉箭頭，彈出一個(gè)滑動(dòng)條，拉動(dòng)滑塊即可在右側(cè)直觀看到平滑的效果。一般曲線平滑點(diǎn)數(shù)選50~200即可，圖6中屬于平滑過(guò)度。
圖7中，在右上角取消熱重原始曲線，保留平滑后的熱重曲線。選中曲線，在菜單欄中選擇“分析”>“數(shù)學(xué)”>“微分”，彈出對(duì)話框。導(dǎo)數(shù)的階選“1階”，勾選“畫(huà)出導(dǎo)數(shù)曲線”，確定即得微分曲線。再對(duì)微分曲線按圖7中的方法進(jìn)行平滑。在Origin中，點(diǎn)擊左側(cè)項(xiàng)目管理器，切換至數(shù)據(jù)表界面。選擇第1、3、5列數(shù)據(jù)（溫度、平滑的熱重?cái)?shù)據(jù)、平滑的微分?jǐn)?shù)據(jù)），在下方選擇作“雙Y軸圖”。如圖8，即可得到溫度-熱重-微分的雙Y軸曲線圖。
圖8 熱重曲線和微分曲線的雙Y軸圖
3、熱重曲線的特征參數(shù)的標(biāo)示規(guī)范熱重曲線的解析規(guī)范可以參考GB/T33047.1-2016《塑料 聚合物熱重法（TG）第一部分：通則》和JY/T 0589.4-2020《熱分析方法通則 第4部分：熱重法》中的相關(guān)規(guī)定。其中起始溫度采用外推起始溫度，即圖9中的起始點(diǎn)A點(diǎn)，是起始質(zhì)量的延長(zhǎng)線或臺(tái)階之間最小梯度處的切線與下一個(gè)臺(tái)階的最大梯度處的交點(diǎn)。終止溫度采用外推終點(diǎn)溫度，即圖9中的終止點(diǎn)B點(diǎn)，是終止質(zhì)量的延長(zhǎng)線或臺(tái)階之間最小梯度處的切線與上一臺(tái)階的最大梯度處的交點(diǎn)。
（1）熱重曲線相關(guān)特征物理量的的標(biāo)示方法
（2）質(zhì)量多階損失熱重曲線示例
（3）反應(yīng)間尚未達(dá)到質(zhì)量恒定的質(zhì)量多階損失熱重曲線示例
圖9 熱重曲線的標(biāo)示方法（取自GB/T33047.1-2016）
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