2022年热重分析原理及应用技术.docx

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1、精品学习资源热重分析原理及应用1. 热重法热重法，是在程序掌握温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法；通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳固性、热分解情形及生成的产物等与质量相联系的信息；从热重法可以派生出微商热重法，也称导数热重法， 它是记录 TG 曲线对温度或时间的一阶导数的一种技术；试验得到的结果是微商热重曲线，即DTG 曲线，以质量变化率为纵坐标，自上而下表示削减；横坐标为温度或时间，从左往右表示增加；热重法的主要特点， 是定量性强， 能精确地测量物质的质量变化及变化的速率；依据这一特点，可以说，只要物质受热时发生质量的变化，都可以用热重法来讨论

2、；图中给出可用热重法来检测的物理变化和化学变化过程；我们可以看出， 这些物理变化和化学变化都是存在着质量变化的，如升华、汽化、吸附、解吸、吸取和气固反应等；热重法测定的结果与试验条件有关，为了得到精确性和重复性好的热重曲线，我们有必要对各种影响因素进行认真分析；影响热重测试结果的因素，基本上可以分为三类：仪器因素、 试验条件因素和样品因素；仪器因素包括气体浮力和对流、坩埚、挥发物冷凝、天平灵敏度、样品支架和热电偶等；对于给定的热重仪器， 天平灵敏度、 样品支架和热电偶的影响是固定不变的，我们可以通过质量校正和温度校正来削减或排除这些系统误差；1 气体浮力和对流的影响气体浮力的影响：气体的密度与

3、温度有关，随温度上升， 样品四周的气体密度发生变化，从而气体的浮力也发生变化；所以， 尽管样品本身没有质量变化，但由于温度的转变造成气体浮力的变欢迎下载精品学习资源化，使得样品出现随温度上升而质量增加，这种现象称为表观增重；表观增重量可用公式进行运算；式中 p 为气体在 273K 时的密度， V 为样品坩埚和支架的体积；对流的影响：它的产生，是常温下，试样四周的气体受热变轻形成向上的热气流，作用在热天平上，引起试样的表观质量缺失；措施： 为了削减气体浮力和对流的影响，试样可以挑选在真空条件下进行测定，或选用卧式结构的热重仪进行测定；2 坩埚的影响大小和外形： 坩埚的大小与试样量有关，直接影响试

4、样的热传导和热扩散；坩埚的外形就影响试样的挥发速率；因此，通常选用轻巧、浅底的坩埚，可使试样在埚底摊成匀称的薄层，有利于热传导、热扩散和挥发；坩埚的材质： 通常应当挑选对试样、中间产物、 最终产物和气氛没有反应活性和催化活性的惰性材料，如 Pt 、Al2O3等；挥发物冷凝的影响样品受热分解、升华、逸出的挥发性物质，往往会在仪器的低温部分冷凝；这不仅污染仪器，而且使测定结果显现偏差；如挥发物冷凝在样品支架上，就影响更严峻，随温度上升， 冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG 曲线变形；为削减挥发物冷凝的影响，可在坩埚四周安装耐热屏蔽套管；采纳水平结构的天平；在天平灵敏度范畴内，尽量削减样品用量；挑

5、选合适的净化气体流量；试验前，对样品的分解情形有初步估 计，防止对仪器的污染；试验条件因素包括升温速率和气氛的影响3 升温速率的影响：欢迎下载精品学习资源升温速率对热重曲线影响的较大，升温速率越高， 产生的影响就越大； 由于样品受热升温是通过介质- 坩埚 - 样品进行热传递的，在炉子和样品坩埚之间可形成温差；升温速率不同，炉子和样品坩埚间的温差就不同，导致测量误差；一般在升温速率为5 和 10 /min时产生的影响较小；升温速率对样品的分解温度有影响；升温速率快， 造成热滞后大， 分解起始温度和终止温度都相应上升；图中所示是采纳不同升温速率测得的热重曲线，取失重20 时的温度作比较，可见，慢速

6、升温时，试样的分解温度低，而快速升温时，试样的分解温度高；用1 /min和 20 /min测得的分解温度相差达70 ；试验中，我们一般挑选5 和 10 /min的升温速率；升温速率不同，可导致热重曲线的外形转变；升温速率快， 往往不利于中间产物的检出，使热重曲线的拐点不明显； 升温速率慢， 可以显示热重曲线的全过程；一般来说， 升温速率为 5 和 10 /min时，对热重曲线的影响不太明显；升温速率可影响热重曲线的外形和试样的分解温度，但不影响失重量；慢速升温可以讨论样品的分解过程，但我们不能武断地认为快速升温总是有害的；要看详细的实验条件和目的； 当样品量很小时，快速升温能检查出分解过程中形

7、成的中间产物，而慢速升温就不能达到此目的；4 气氛的影响：气氛对热重试验结果也有影响，它可以影响反应性质、方向、速率和反应温度，也能影响热重称量的结果；气体流速越大，表观增重越大；所以送样品做热重分析时，需注明气氛条件；热重试验可在动态或静态气氛条件下进行；所谓静态是指气体稳固不流淌，动态就是气体以稳固流速流淌；在静态气氛中，产物的分压对TG 曲线有明显的影响，使反应向高温移动；而在动态气氛中，产物的分压影响较小；因此，我们测试中都使用动态气氛，气体流量为20mL/min；气氛有如下几类：惰性气氛，氧化性气氛，仍原性气氛，仍有其它如CO2 、Cl2 、F2 等；欢迎下载精品学习资源图中示出 C

8、aCO3在三种气氛条件下的热失重曲线，可见，在真空条件下，分解温度最低；在空气条件下，分解温度居中；在CO2 条件下，分解温度最高；试样的影响5 样品量的影响：样品量多少对热传导、热扩散、挥发物逸出都有影响；样品量用多时，热效应和温度梯度都大，对热传导和气体逸出不利，导致温度偏差；样品量越大， 这种偏差越大； 图中示出了样品量与热重曲线的关系；由图可以看出，当采纳小样品量时，反应过程中每步的变化都可以检测出来；而当采纳大样品量时， 三步变化在图中只看到两步；所以， 样品用量应在热天平灵敏度答应的范畴内，尽量削减，以得到良好的检测成效；而在实际热重分析中，样品量只需要约5mg ；样品粒度、外形的

9、影响：样品粒度及外形同样对热传导和气体的扩散有影响；粒度不同， 会引起气体产物扩散的变化，导致反应速度和热重曲线外形的转变；粒度越小， 反应速度越快， 热重曲线上的起始分解温度和终止分解温度降低，反应区间变窄，而且分解反应进行得完全；所以，粒度影响在热重法中是个不可忽视的因素； 左图中示出了细粒、 粗粒和片状样品对热重曲线的影响；右图示出了粗粒子样品和研磨后，其热重曲线的差异；2. 热重分析仪进行热重分析的仪器，称为热重仪，主要由三部分组成， 温度掌握系统， 检测系统和记录系统；热重分析仪的原理热重分析仪的基本原理是将待测物置于一耐高温的容器中，此容器被置于一具有可程式掌握温度的高温炉中，而此

10、待测物被悬挂在一个具有高灵敏度及精确度的天平上，欢迎下载精品学习资源如图 1 所示， 在加热或冷却的过程中，由于待测物会由于反应导致重量的变化，这个因温度变化造成的重量变化可以由以上提及的天平测量获得，一组热电偶被置于靠近待测物旁但是不接触， 以测量待测物邻近的温度， 以此测量待测物的温度并掌握高温炉的温度曲线；3. 热重法的应用热重法的应用主要在金属合金，地质，高分子材料讨论，药物讨论等方面；1. 金属与气体反应的测定金属和气体的反应是气相- 固相反应，可用热重法测定反应过程的质量变化与温度的关系，并可作反应量的动力学分析；2. 在地质方面的应用矿物鉴定： 矿物的热重曲线会因其组成、结构不同

11、而表现出不同的特点；通过与已知矿物特点曲线进行起始温度、峰温及峰面积等的比较便可鉴定矿物；欢迎下载精品学习资源3. 热重定量分析法：试样在程序温度掌握下发生质量变化，利用这一现象可以对试样的组分进行定量分析；与一般化学分析方法和其它方法相比，热重法对试样进行定量分析有其特殊优点，就是样品不需要预处理， 分析不用试剂， 操作和数据处理简洁便利等；唯独要求就是热重曲线相邻的两个质量缺失过程必需形成一个明显的平台，并且该平台越明显运算误差越小；4. 在高分子材料中的应用材料的热稳固性：热重法可以评判聚烯烃类、聚卤代烯类、 含氧类聚合物、 芳杂环类聚合物、 单体、多聚体和聚合物、弹性体高分子材料的热稳

12、固性；5. 在药物讨论中的应用药物包合物的讨论：药物可达到如下成效：（1 ）为了使易挥发的药物储存下来不挥发跑掉以达到好的医疗成效；（2 ）为了削减或除去药物的刺激作用，使服药人免受刺激的痛楚；（3）使用有缓释作用的包合剂来包合药物就可使药物渐渐在体内释放，这样既可达到长效成效又可达到 削减或免除药物的流失而缺失；（ 4 ）使用特定定位的包合剂包合药物即可达到定位给药的目的；1 吕太 ,张翠珍 ,吴超 ;粒径和升温速率对煤热分解影响的讨论J;2 刘剑 ,陈文胜 ,齐庆杰 ;基于活化能指标煤的自燃倾向性讨论J;3 周静 ,何品晶 ,于遵宏 ;用热失重仪讨论煤快速热解J;4 廖洪强，李文，孙胜利，李保庆;煤热解机理讨论新进展J;5 徐建国 ,魏兆龙 ;用热分析法讨论煤的热分解特性J;欢迎下载精品学习资源6 修健 ;张秋民 ;关睮 ;何德民 ;许英梅 ; 利用热重分析方法验证油页岩和煤共热解过程中发生协同作用的现象 A; 第九届全国化学工艺学术年会论文集C;2005年欢迎下载