熱分析TG-DTG-DTA-DSC介紹

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發(fā)表時(shí)間：2023-06-17 13:22作者：鑠思百檢測(cè)

熱分析：1903年由Tammann提出，指用固定的速率加熱或冷卻物質(zhì)，然后通過(guò)測(cè)量物質(zhì)物理性質(zhì)(如質(zhì)量、溫度、熱焓、尺寸、機(jī)械、電學(xué)、磁學(xué))研究物質(zhì)物理變化(晶型轉(zhuǎn)變、熔融、升華、吸附)和化學(xué)變化(脫水、分解、氧化、還原)的技術(shù)。我們常用到的熱分析技術(shù)有熱重法(TG)、微商熱重(DTG)、熱差分析(DTA)、差示掃描量熱法(DSC)。

熱分析的應(yīng)用主要有：

1.物質(zhì)成分分析：鑒別、相圖研究

2.物質(zhì)或材料穩(wěn)定性分析：穩(wěn)定性、抗氧化性

3.反應(yīng)過(guò)程研究：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)熱、結(jié)晶、相變

4.屬性的測(cè)定：純度、玻璃化轉(zhuǎn)變、居里點(diǎn)

熱失重分析(TG)：在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)與溫度關(guān)系m=f(T)的一種技術(shù)，目前分為等溫?zé)嶂胤ê头堑葴責(zé)嶂胤▋煞N類(lèi)型。特別注意，熱重分析法Thermogravimmetric Analysis，也有時(shí)候簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)GA。

熱重曲線(xiàn)(TG曲線(xiàn))縱坐標(biāo)表示質(zhì)量mg或剩余百分?jǐn)?shù)%，橫坐標(biāo)一般表示溫度或者時(shí)間，對(duì)TG曲線(xiàn)求微分dm/dt即質(zhì)量變化速率，并將其表示為縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)為溫度或者時(shí)間，則得到微商熱重(DTG)曲線(xiàn)

DTG曲線(xiàn)上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著TG曲線(xiàn)上各個(gè)重量變化階段，通過(guò)DTG上的峰位可以更加快速確定最大的反應(yīng)速率時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度Tf，也可以輔助找出不太明顯的重量變化階段;

如果需要量化分析，對(duì)DTG峰面積進(jìn)行積分可以準(zhǔn)確計(jì)算出該變化階段樣品重量變化值。同時(shí)，對(duì)比DTG和DTA可以判斷出峰的引起原因，下圖是草酸鈣的量化計(jì)算。

100-200℃，失重量12.2%;400-500℃，失重量18.8%;600-800℃，失重量29.8%;

再比如下面這個(gè)，可以做簡(jiǎn)要的推斷分析

再?gòu)?fù)合材料炭黑含量計(jì)算

熱差分析(DTA)：在程序控制溫度下，測(cè)量待測(cè)物質(zhì)和參比物之間的溫度差與溫度或時(shí)間的一種技術(shù)。其原理是試樣在加熱或者冷卻過(guò)程中發(fā)生如相變、熔化、沸騰、蒸發(fā)、晶格結(jié)構(gòu)變化，就有吸熱或者放熱發(fā)生，若以惰性氣體為參比物，試樣和參比物之間出現(xiàn)的溫度差變化率曲線(xiàn)，則為差熱曲線(xiàn)或者DTA曲線(xiàn)。

①零線(xiàn):理想狀態(tài)△T=0的線(xiàn):

②基線(xiàn):實(shí)際條件下試樣無(wú)熱效應(yīng)時(shí)的曲線(xiàn)部份;

③吸熱峰: T_s<T_R ，△T<0時(shí)的曲線(xiàn)部份;

④放熱峰: T_s>T_R。，△T>0時(shí)的曲線(xiàn)部份

⑤起始溫度(T_i) :熱效應(yīng)發(fā)生時(shí)曲線(xiàn)開(kāi)始偏離基線(xiàn)的溫度;

⑥終止溫度(T_f) : 曲線(xiàn)開(kāi)始回到基線(xiàn)的溫度;

⑦峰頂溫度(T_p):吸、放熱峰的峰形頂部的溫度，

⑧峰高:是指內(nèi)插基線(xiàn)與峰頂之間的距離:

⑨峰面積:是指峰形與內(nèi)插基線(xiàn)所圍面積:

⑩外推起始點(diǎn):是指峰的起始邊鈄率最大處所作切線(xiàn)與外推基線(xiàn)的交點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為外推起始溫度
(T_eo) ;根據(jù)ICTA共同試樣的測(cè)定結(jié)果，以外推起始溫度(T_eo) 最為接近熱力學(xué)平衡溫度.

應(yīng)用方面：

1.研究高聚物在空氣和惰性氣體中的受熱

2.研究高聚物中單體含量對(duì)Tg的影響

3.研究共聚物結(jié)構(gòu)

4.燒結(jié)進(jìn)程研究

差示掃描量熱法(DSC)：在程序控制溫度下，測(cè)量輸給待測(cè)物質(zhì)和參比物的能量差與溫度或時(shí)間關(guān)系的一種技術(shù)，提供物理、化學(xué)變化過(guò)程中有關(guān)吸熱、放熱、熱熔變化等定量或定性信息，全稱(chēng)Differential Scanning Calorimeter，可分為功率補(bǔ)償型和熱流型兩種。

很容易發(fā)現(xiàn)，DTA和DSC在功能上基本相同，但DSC是在DTA基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，DSC比DTA應(yīng)用廣泛度更占優(yōu)勢(shì)。針對(duì)不同聚合物，DTA有利于定性分析去測(cè)定Tg和Tm以及材料的熱穩(wěn)定性等;DSC利于定量測(cè)定比熱△H、分解、結(jié)晶等過(guò)程;在溫度范圍方面，DTA高溫爐可達(dá)到1500℃以上，在高溫礦物、冶金方面有優(yōu)勢(shì)。

一般DSC以樣品吸熱和放熱速率為縱坐標(biāo)，以溫度或時(shí)間為橫坐標(biāo)，從下圖可以看出，相比DTG，DSC可以提供更多的材料信息。