热分析幻灯片.ppt

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1、热分析课件第1页，共85页，编辑于2022年，星期一一、热分析概况一、热分析概况二、差热分析法二、差热分析法(DTA)(DTA)三、差示扫描量热法三、差示扫描量热法(DSC)(DSC)四、热重分析法四、热重分析法(TGA)(TGA)七、动态力学热分析法七、动态力学热分析法(DMA)(DMA)六、静态力学热机械法六、静态力学热机械法(TMA)(TMA)热热分分析析五、热分析连用技术五、热分析连用技术第2页，共85页，编辑于2022年，星期一1887法国人LeChrlier铂铑热电偶热电偶测加热过程中粘土的温度(单点，环境温度)误差大奠基人1899英国人Roberts热电偶测钢铁温度(两点，参比物

2、温度)反相串联信号放大(DTA)温度温度差热分析简史：热分析简史：赛贝克热电效应:(金属金属A)(金属金属B)加热加热21电动势电动势eAB热电偶示意图热电偶示意图e=eAB-e BA 第3页，共85页，编辑于2022年，星期一1905德国人Tammann“ThermischeAnalyse”热分析1915日本人本多光太郎热天平(TGA)温度重量1964美国人Watson和Neill示差扫描量热法构想Perkin-Elmer公司商品化(DSC)温度焓(热量)热分析简史：热分析简史：第4页，共85页，编辑于2022年，星期一粘土、矿物质、金属粘土、矿物质、金属有机物有机物(高聚物高聚物)生物大分

3、子生物大分子(细胞、蛋白质细胞、蛋白质)手工、误差大手工、误差大程控测绘、高精度、大范围程控测绘、高精度、大范围组合联用、复杂化组合联用、复杂化热分析简史：热分析简史：同时联用：同时联用：TGATGADTADTA耦合联用：耦合联用：TGATGAMS MS 接口接口间隔联用：间隔联用：TGATGAGC GC 收集收集 分析对象分析对象:第5页，共85页，编辑于2022年，星期一p热分析（thermalanalysis）：广义：分析物质的物质参数随温度温度变化的有关技术狭义：在程序控制温度条件下，测量物质的物理性质随温度温度变化的函数关系的一组技术。(ICTA定义)p程序控制温度，就是把温度看着是

4、时间的函数。取T=()其中是时间。p物质的物理性质的变化，即状态的变化，总是用温度T这个状态函数来量度的。数学表达式为F=f(T)其中F是一个物理量，T是物质的温度。则F=f(T)=f()热分析定义：热分析定义：第6页，共85页，编辑于2022年，星期一物理性质物理性质（质量、能量等）（质量、能量等）温度（温度（T）过程进度过程进度()时间（时间（t）=HT/H程序控温程序控温T=To+t 动力学关系动力学关系静态静态动态动态陆振荣:“热分析动力学”的演讲第7页，共85页，编辑于2022年，星期一在在程程序序温温度度和和一一定定气气氛氛下下，测测量量试试样样的的某某种种物物理理性性质质与与温温

5、度度或或时间时间关系的一类技术关系的一类技术E Gimzewski在在1991建议修改为建议修改为:广义上，热分析技术包括许多与温度有关的实验测量方法广义上，热分析技术包括许多与温度有关的实验测量方法第8页，共85页，编辑于2022年，星期一适用：材料和体系的性质、成分、结构、相变和化学反应如：测量材料的熔点熔点、玻璃化转变玻璃化转变、晶型转变晶型转变、液晶转变液晶转变、晶化温度晶化温度和动力学和动力学、固化过程和动力学固化过程和动力学、纯度纯度、热稳定性热稳定性、高分子材料的动态动态模量模量、损耗因子损耗因子和键运动形态键运动形态等等。热分析用途：热分析用途：第9页，共85页，编辑于2022

6、年，星期一p在不同温度下，物质有三态：固、液、气。p固态物质又有不同的结晶形式：晶体、玻璃体等常见的物理变化：熔化、凝固、结晶、升华、气化、吸收、吸附等常见的化学变化：脱水、降解、分解、氧化、还原、化合反应等。热分析依据：热分析依据：第10页，共85页，编辑于2022年，星期一p在热分析过程中，最基本和主要的参数是焓（H），热力学的基本公式是：G=H-TSp存在三种情况：G0p首先有焓变，同时常常也伴随着质量、力学、光学、电学、磁学等性能的变化等。热分析分类：热分析分类：第11页，共85页，编辑于2022年，星期一物物 质质加热加热冷却冷却热量变化热量变化重量变化重量变化尺寸变化尺寸变化粘弹性

7、变化粘弹性变化气体发生气体发生热传导热传导电光磁等电光磁等DTATGATMADMADSCEGADTG逸出气分析逸出气分析微分热微分热重分析重分析热分析分类：热分析分类：热电法、热显微镜法、热电法、热显微镜法、热光谱法等热光谱法等第12页，共85页，编辑于2022年，星期一热分析定义测量参数温度范围()应用范围差热分析法(DTA)程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品与参比物间的温度差温度差201600熔化及结晶转变、二级转变、氧化还有反应、裂解反应等的分析研究，主要用于定性分析差示扫描量热法(DSC)程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品所吸收或释放的能量热焓-170725

8、定量测定多种热力学和动力学参数：比热、反应热、转变热、反应速度和高聚物结晶度等热重法(TGA)程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品质量发生的变化质量201000熔点、沸点测定，热分散反应过程分析与脱水量测定；生成挥发物质的固相反应分析，固体与气体反应分析等静态力学热机械法(TMA)程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品尺寸发生的变化形变-150600膨胀系数、体积变化、相转变温度、应力应变测定、重结晶效应分析等动态力学热分析法(DMA)程序控温条件下，测量在温度、时间、频率或应力等状态变化过程中，材料力学性质的变化力学性能-170600阻尼特性、固化、胶化、玻璃化等转变分

9、析、模量、粘度测定等第13页，共85页，编辑于2022年，星期一一、热分析概况一、热分析概况二、差热分析法二、差热分析法(DTA)(DTA)三、差示扫描量热法三、差示扫描量热法(DSC)(DSC)四、热重分析法四、热重分析法(TGA)(TGA)五、热分析连用技术五、热分析连用技术第14页，共85页，编辑于2022年，星期一p差热分析差热分析(Differential Thermal Analysis)：在程控温度下，测量样品与参比物之间的在程控温度下，测量样品与参比物之间的温度差温度差与与温度温度关系的一种热分析方法。关系的一种热分析方法。p参比物：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如参

10、比物：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如Al2O3、MgO等。等。DTA原理：原理：图图2-1 DTA工作曲线示意图工作曲线示意图TW 加热块温度加热块温度TB 参比物温度参比物温度TS 样品温度样品温度第15页，共85页，编辑于2022年，星期一图图2-2 差热分析仪结构示意图差热分析仪结构示意图1-参比物；参比物；2-样品；样品；3-加热块；加热块；4-加热器；加热器；5-加热块热电偶；加热块热电偶；6-冰冷联结；冰冷联结；7-温度程控；温度程控；8-参参比热电偶；比热电偶；9-样品热电偶；样品热电偶；10-放大器；放大器；11记录器记录器DTA装置：装置：p用于差热分析的装置称为

11、差热分析仪用于差热分析的装置称为差热分析仪温控系统温控系统测量系统测量系统第16页，共85页，编辑于2022年，星期一DTA装置：装置：DTA-PT1600差热分析仪差热分析仪 温度范围：-150至2400oC测量系统：低热容量测量头分辨率：0.05uV真空：可达10E-5mbar气氛：静态或动态气氛 第17页，共85页，编辑于2022年，星期一美国美国PE公司公司DTA7 温度范围：室温1600准确度：1.0%升温速率：0.1100/minDTA装置：装置：第18页，共85页，编辑于2022年，星期一典型典型DTA曲线：曲线：图图2-3 典型的典型的DTA曲线曲线第19页，共85页，编辑于2

12、022年，星期一定性分析定性分析：p1、定性表征、定性表征p依据：差热分析曲线特征如各种吸热与放热峰的个数个数、形状形状及相应的温度温度等，可定性分析物质的物理或化学变化过程。p2、鉴别物质、鉴别物质p方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对照。p标准卡片有：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡片约2000张和麦肯齐(Mackenzie)制作的卡片1662张(分为矿物、无机物与有机物三部分)。DTA的应用：的应用：第20页，共85页，编辑于2022年，星期一图图2-4 差热分析法测定相图差热分析法测定相图(a)测定的相图测定的相图 (b)DTA曲线曲线测物质混合程度测

13、物质混合程度!相图的测定相图的测定第21页，共85页，编辑于2022年，星期一材料的鉴别和成分分析材料的鉴别和成分分析第22页，共85页，编辑于2022年，星期一材料的筛选材料的筛选第23页，共85页，编辑于2022年，星期一材料制备工艺过程的分析材料制备工艺过程的分析第24页，共85页，编辑于2022年，星期一定量分析定量分析p1、峰的起始温度、峰值温度、结束温度等 p2、峰面积 峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。p3、借助标准物质 可说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。DTA的应用：的应用：第25页，共85页，编辑于2

14、022年，星期一图图2-6 聚苯乙烯的聚苯乙烯的DTA曲线测玻璃化转变温度曲线测玻璃化转变温度Tg第26页，共85页，编辑于2022年，星期一图图2-7 差热分析法用于反应的定量计算差热分析法用于反应的定量计算第27页，共85页，编辑于2022年，星期一p差热分析曲线的峰形、出峰位置和峰面积等受多种因素影响，大体可分为仪器因素和操作因素。p仪器因素是指与差热分析仪有关的影响因素。影响影响DTA曲线的主要因素：曲线的主要因素：1.1.加热方式、炉子形状和尺寸加热方式、炉子形状和尺寸温度的均匀温度的均匀性和炉体热容量性和炉体热容量2.2.试样容器与支撑装置的材质与结构试样容器与支撑装置的材质与结构

15、传热性传热性能和热容量能和热容量3.3.热电偶的类型、位置和尺寸热电偶的类型、位置和尺寸第28页，共85页，编辑于2022年，星期一p操作因素是指操作者对样品与仪器操作条件选取不同而对分析结果的影响。主要包括：影响影响DTA曲线的主要因素：曲线的主要因素：1.1.升温速率升温速率2.2.试样的用量、粒度与形状、装填密度等试样的用量、粒度与形状、装填密度等3.3.参比物与试样的对称性参比物与试样的对称性4.4.压力和气氛压力和气氛第29页，共85页，编辑于2022年，星期一1.升温速率升温速率研究和实践表明，在研究和实践表明，在DTADTA实验中，升温速率是对实验中，升温速率是对DTADTA曲线

16、产曲线产生最明显影响的操作因素之一。生最明显影响的操作因素之一。当升温速率增大时，单位时间产生的热效应增大，峰顶温度当升温速率增大时，单位时间产生的热效应增大，峰顶温度通常向高温方向移动，峰的面积也会增加。通常向高温方向移动，峰的面积也会增加。升温速率对升温速率对DTADTA峰温影响与产生该热效应变化过程的速度大小有峰温影响与产生该热效应变化过程的速度大小有直接关系，或者说与其活化能大小有关。直接关系，或者说与其活化能大小有关。第30页，共85页，编辑于2022年，星期一1.升温速率升温速率第31页，共85页，编辑于2022年，星期一1.升温速率升温速率第32页，共85页，编辑于2022年，星

17、期一2.试样的用量、粒度与形状、装填密度试样的用量、粒度与形状、装填密度一般来讲，试样量增加，峰面积增加，并使基线偏离零线的程一般来讲，试样量增加，峰面积增加，并使基线偏离零线的程度增大；试样量小，度增大；试样量小，DTADTA曲线分辨率高，基线漂移也小。但试样曲线分辨率高，基线漂移也小。但试样用量过少，会使本来很小的峰不能检测出来。用量过少，会使本来很小的峰不能检测出来。一般试样用量：几毫克至几百毫克。一般试样用量：几毫克至几百毫克。已有实验结果表明，试样用量在特定情况下，还会影响反应机已有实验结果表明，试样用量在特定情况下，还会影响反应机理。理。试样粒度、形状和装填密度等对试样粒度、形状和

18、装填密度等对DTADTA曲线影响比较复杂，不仅要考虑物曲线影响比较复杂，不仅要考虑物理性质变化的影响，还必须注意相应变化过程的物理化学机制。理性质变化的影响，还必须注意相应变化过程的物理化学机制。一般要求：粒度与形状均一性好，装填密实一般要求：粒度与形状均一性好，装填密实第33页，共85页，编辑于2022年，星期一2.试样的用量、粒度与形状、装填密度试样的用量、粒度与形状、装填密度第34页，共85页，编辑于2022年，星期一2.试样的用量、粒度与形状、装填密度试样的用量、粒度与形状、装填密度第35页，共85页，编辑于2022年，星期一3.3.参比物与试样的对称性参比物与试样的对称性参比物基本要

19、求：中性物质，加热时无任何热效应。参比物基本要求：中性物质，加热时无任何热效应。参比物应尽量选择与试样的热容、导热系数、用量、粒度、参比物应尽量选择与试样的热容、导热系数、用量、粒度、形状、堆积密度等性质一致或接近的物质。形状、堆积密度等性质一致或接近的物质。常用的参比物有：常用的参比物有：-Al-Al2 2O O3 3、MgOMgO等。等。无对称性合适的参比物时，可以采用参比物稀释样品的方无对称性合适的参比物时，可以采用参比物稀释样品的方法。法。第36页，共85页，编辑于2022年，星期一氮气中氮气中空气中空气中温度温度/吸吸热热T图图2-8 商品尼龙商品尼龙-6纤维在空气和氮气中的纤维在空

20、气和氮气中的DTA曲线曲线氧化氧化4 4.压力和气氛压力和气氛第37页，共85页，编辑于2022年，星期一一、热分析概况一、热分析概况二、差热分析法二、差热分析法(DTA)(DTA)三、差示扫描量热法三、差示扫描量热法(DSC)(DSC)四、热重分析法四、热重分析法(TGA)(TGA)五、热分析连用技术五、热分析连用技术第38页，共85页，编辑于2022年，星期一p差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry)：在程控温度下，测量输入给样品与参比物的功率差功率差与温度温度关系的一种热分析方法。p在加热和冷却过程中，材料的任何转变都会伴随着热量的交换pDSC

21、DSC原理：原理：功率补偿式功率补偿式差示扫描量热法差示扫描量热法热流式热流式差示扫描量热法差示扫描量热法第39页，共85页，编辑于2022年，星期一DSC装置：装置：图图3-1 功率补偿式差示扫描量热仪示意图功率补偿式差示扫描量热仪示意图第40页，共85页，编辑于2022年，星期一仪器名称：差示扫描量热仪仪器名称：差示扫描量热仪仪器型号：仪器型号：PE DSC 7厂家：美国厂家：美国PE公司公司温度测量范围：温度测量范围：-170500温度准确度：温度准确度：0.1 升温速率：升温速率：0.1200/min能量测量精度：优于能量测量精度：优于0.1%炉内气氛：动态或静态炉内气氛：动态或静态(

22、N2)DSC装置：装置：第41页，共85页，编辑于2022年，星期一韩国新科韩国新科Scinco公司公司 DSC6200第42页，共85页，编辑于2022年，星期一图图3-2 聚乳酸纤维的聚乳酸纤维的DSC曲线曲线DSC曲线：曲线：第43页，共85页，编辑于2022年，星期一3-3 典型的典型的DTA和和DSC曲线曲线第44页，共85页，编辑于2022年，星期一DSC应用：应用：第45页，共85页，编辑于2022年，星期一1.玻璃化转变温度玻璃化转变温度Tg的测定的测定无无定定形形高高聚聚物物或或结结晶晶高高聚聚物物无无定定形形部部分分在在升升温温达达到到它它们们的的玻玻璃璃化化转转变变时时，

23、被被冻冻结结的的分分子子微微布布朗朗运运动动开开始始，因因而而热热容容变变大大，用用DSC可可测测定定出出其其热热容容随随温温度度的的变变化化而改变。而改变。1)取基线及曲线弯曲部的外延线的交点取基线及曲线弯曲部的外延线的交点2)取曲线的拐点取曲线的拐点 第46页，共85页，编辑于2022年，星期一2.混合物和共聚物的成分检测混合物和共聚物的成分检测 脆脆性性的的聚聚丙丙烯烯往往往往与与聚聚乙乙烯烯共共混混或或共共聚聚增增加加它它的的柔柔性性。因因为为在在聚聚丙丙烯烯和和聚聚乙乙烯烯共共混混物物中中它它们们各各自自保保持持本本身身的的熔熔融融特特性性，因因此此该该共共混混物物中中各各组组分分的

24、的混混合合比比例例可可分分别别根根据它们的熔融峰面积计算。据它们的熔融峰面积计算。第47页，共85页，编辑于2022年，星期一3.结晶度的测定结晶度的测定 p高高分分子子材材料料的的许许多多重重要要物物理理性性能能是是与与其其结结晶晶度度密密切切相相关关的的。所所以以百百分分结结晶晶度度成成为为高高聚聚物物的的特特征征参参数数之之一一。由由于于结结晶晶度度与与熔熔融融热热焓焓值值成成正正比比，因因此此可可利利用用DSC测测定定高高聚聚物物的的百百分分结结晶晶度度，先先根根据据高高聚聚物物的的DSC熔熔融融峰峰面面积积计计算算熔熔融融热热焓焓Hf，再按下式求出百分结晶度。，再按下式求出百分结晶度

25、。Hf*：100%结晶度的熔融热焓结晶度的熔融热焓 第48页，共85页，编辑于2022年，星期一丝蛋白的特征DSC图谱a 无规结构，无规结构，b Silk I晶体，晶体，c Silk I和和Silk II，d Silk II 第49页，共85页，编辑于2022年，星期一影响影响DSC的因素的因素pDSC的的影影响响因因素素与与DTA基基本本上上相相类类似似，由由于于DSC用用于于定定量量测测试试，因因此此实实验验因因素素的的影影响响显显得得更更重要，其主要的影响因素大致有以下几方面：重要，其主要的影响因素大致有以下几方面：p1.实验条件：程序升温速率实验条件：程序升温速率，气氛，气氛p2.试试

26、样样特特性性：试试样样用用量量、粒粒度度、装装填填情情况况、试试样样的稀释等。的稀释等。第50页，共85页，编辑于2022年，星期一1.实验条件的影响实验条件的影响(1).升温速率升温速率p主主要要影影响响DSC曲曲线线的的峰峰温温和和峰峰形形，一一般般越越大大，峰温越高，峰形越大和越尖锐。峰温越高，峰形越大和越尖锐。p实实际际中中，升升温温速速率率的的影影响响是是很很复复杂杂的的，对对温温度度的的影影响响在在很很大大程程度度上上与与试试样样的的种种类类和和转转变变的的类类型密切相关。型密切相关。第51页，共85页，编辑于2022年，星期一如已二酸的固如已二酸的固-液相变，其起始温度随着液相变

27、，其起始温度随着升高而下降的。升高而下降的。第52页，共85页，编辑于2022年，星期一如如在在He气气氛氛中中所所测测定定的的起起始始温温度度和和峰峰温温比比较较低低，这这是是由由于于炉炉壁壁和和试试样样盘盘之之间间的的热热阻阻下下降降引引起起的的，因因为为He的的热热导导性性约约是是空空气气的的5倍倍，温温度度响响应应比比较较慢慢，而而在在真真空空中中温温度度响响应应要要快得多。快得多。(2).气氛气氛第53页，共85页，编辑于2022年，星期一2.试样特性的影响试样特性的影响1）试试样样用用量量：不不宜宜过过多多，多多会会使使试试样样内内部部传传热热慢慢，温温度度梯梯度度大大，导导致致峰

28、峰形形扩扩大大、分辨力下降。分辨力下降。第54页，共85页，编辑于2022年，星期一2 2）试样粒度）试样粒度p影响比较复杂。影响比较复杂。p通通常常大大颗颗粒粒热热阻阻较较大大，而而使使试试样样的的熔熔融融温温度度和和熔融热焓偏低。熔融热焓偏低。p但但是是当当结结晶晶的的试试样样研研磨磨成成细细颗颗粒粒时时，往往往往由由于于晶晶体体结结构构的的歪歪曲曲和和结结晶晶度度的的下下降降也也可可导导致致相相类类似的结果。似的结果。p对对干干带带静静电电的的粉粉状状试试样样，由由于于粉粉末末颗颗粒粒间间的的静静电电引引力力使使粉粉状状形形成成聚聚集集体体，也也会会引引起起熔熔融融热热焓焓变大。变大。第

29、55页，共85页，编辑于2022年，星期一3 3）试样的几何形状）试样的几何形状在在高高聚聚物物的的研研究究中中，发发现现试试样样几几何何形形状状的的影影响响十十分分明明显显。对对于于高高聚聚物物，为为了了获获得得比比较较精精确确的的峰峰温温值值，应应该该增增大大试试样样与与试试样样盘盘的的接接触触面面积积，减减少少试试样的厚度并采用慢的升温速率。样的厚度并采用慢的升温速率。第56页，共85页，编辑于2022年，星期一一、热分析概况一、热分析概况二、差热分析法二、差热分析法(DTA)(DTA)三、差示扫描量热法三、差示扫描量热法(DSC)(DSC)四、热重分析法四、热重分析法(TGA)(TGA

30、)五、热分析连用技术五、热分析连用技术第57页，共85页，编辑于2022年，星期一p热重法（ThermogravimetryAnalysis）：在程控温度下，测量物质的质量质量与温度温度关系的一种热分析方法。p其数学表达式为：W=f（T）或（）W为重量变化，T是绝对温度，是时间。TGA原理：原理：p实验条件：质量mg；扫描速率（升温速率）/min；温度范围（或K）；气氛等。第58页，共85页，编辑于2022年，星期一p用于热重法的装置是热天平p热天平由天平、加热炉、程序控温系统与记录器等几部分组成。p热天平测定样品质量变化的方法有变位法和零位法TGA装置：装置：图图4-1 带光敏元件的热重法装

31、置热带光敏元件的热重法装置热天平示意图天平示意图第59页，共85页，编辑于2022年，星期一仪器名称：热重分析仪仪器型号：Pyris1TGA厂家：美国PE公司温度范围：室温1000升温速率：0.1200/min天平灵敏度：0.1g天平精确度：优于0.1%天平精度：优于0.02%炉内气氛：静态或动态(N2)第60页，共85页，编辑于2022年，星期一图4-2典型的热重TG和微分热重DTG曲线W0W1W2W3：W1 吸附水，溶剂 W2 小分子助剂 W3 试样(高聚物)残留物(无机)峰面积表示质量损失量TGA曲线：曲线：第61页，共85页，编辑于2022年，星期一什么叫微商热重法（什么叫微商热重法（

32、DTGDTG）？）？微商热重法（微商热重法（Derivativ Thermogravimetry，DTG）或称导数热重法，是对）或称导数热重法，是对TG曲线对时间进曲线对时间进行一次微商（一阶导数）从而得到行一次微商（一阶导数）从而得到dm/dtT曲曲线的一种方法，它表示质量随时间的变化速率线的一种方法，它表示质量随时间的变化速率（失重速率）与温度（或时间）的函数关系。（失重速率）与温度（或时间）的函数关系。第62页，共85页，编辑于2022年，星期一微商热重法的特点微商热重法的特点一次测定可同时获得一次测定可同时获得TG和和DTG两条曲线。两条曲线。DTG曲线能精确反映出起始反应温度，到达最

33、大反应曲线能精确反映出起始反应温度，到达最大反应速率的温度和反应终止温度。速率的温度和反应终止温度。把把DTG曲线峰面积与样品量的变化精确地加以对照就曲线峰面积与样品量的变化精确地加以对照就能进行定量分析。能进行定量分析。TG曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显，曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显，但利用但利用DTG则能呈现明显的最大值。所以则能呈现明显的最大值。所以DTG能能很好显示出重叠反应，区分各个反应阶段。很好显示出重叠反应，区分各个反应阶段。DTG能精确显示微小质量变化的起点。能精确显示微小质量变化的起点。第63页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-3 热分解温度的

34、定点测定热分解温度的定点测定T1：热分解初始温度：热分解初始温度T2：热分解中值温度：热分解中值温度T3：热分解结束温度：热分解结束温度反应区间：反应区间：T1T3平台平台第64页，共85页，编辑于2022年，星期一TGA的应用的应用p1、无机物及有机物的脱附与解吸等物理变化；p2、无机物及有机物的化学反应（分解气化）；p3、物质组成与化合物组分的测定；p4、反应动力学研究，反应机理研究；p热重法的特点是定量性强，能准确测量物质的质量变化及变化的速率。了解物质的热分解过程评价物质的热稳定性探讨稳定性与物质结构及组份之间的关系研究物质降解过程的机理及降解动力学。第65页，共85页，编辑于2022

35、年，星期一注意注意 平台部分下降趋势的原因有：平台部分下降趋势的原因有：p（1）含有吸附水或溶剂，因此减重；p（2）高分子试样中的溶剂、未聚合的单体和低沸点的增塑剂的挥发等，也造成减重。p可用以下方法消除影响p（1）无机化合物在较低温度下干燥，如硅胶、五氧化二磷干燥剂，把吸湿水去掉。p（2）可控温下的真空抽吸，把单体及低沸点的增塑剂、挥发物分离出来。第66页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-6 钙、锶、钡水合草酸盐的钙、锶、钡水合草酸盐的TGA曲线与曲线与DTG曲线曲线（a）DTG曲线；（曲线；（b）TGA曲线曲线 第67页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-7 几种高聚物的

36、几种高聚物的TG曲线曲线1、聚氯乙烯、聚氯乙烯PVC 2、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA3、聚乙烯、聚乙烯PE 4、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯PTFE 5、聚酰亚胺、聚酰亚胺PI温度温度 T/保留重量保留重量/%12345100%第68页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-8 SiO2,MPS改性改性SiO2和和PMMA/SiO2纳米复合材料的纳米复合材料的TG曲线曲线第69页，共85页，编辑于2022年，星期一水分水分：吸附水和结晶水分析，水合及脱水速率，吸附，干燥条件，吸湿性气体反应气体反应：催化剂评选，金属与气体反应，腐蚀研究氧氧化化与与还还原原：抗氧化剂，耐火性，阻燃剂

37、与添加剂，闪点，燃点，阻燃作用（炭化），等温分解分解分解：分解过程，气氛影响热稳定性热稳定性：热稳定性，质量变化，油脂稳定性，抗氧化剂，抑制作用活化能活化能：活化能，反应速率，反应机理，爆炸性研究升华与蒸发升华与蒸发：升华与蒸发，蒸发速率涂料涂料：涂料的稳定性，涂敷物研究，单体含量研究发泡剂发泡剂：发泡剂含量，发泡特性混合物混合物：混合物，组成分析，填料，溶媒研究粘土矿物粘土矿物：鉴别，煅烧度，脱羟基，矿物学，结晶结构第70页，共85页，编辑于2022年，星期一影响热重曲线的主要因素影响热重曲线的主要因素 p仪器因素p（1）升温速率p（2）炉内气氛和气流影响p（3）坩埚材料p（4）支持器和炉子

38、的几何形状p（5）记录器精度和量程p（6）天平灵敏度p样品因素p（1）样品量p（2）样品的几何形状p（3）样品的装填方式p（4）样品的属性（挥发物的再凝聚）第71页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-9 14.2%PP-g-Cys在氮气和氧气中不同升温速率的在氮气和氧气中不同升温速率的DTGA图图氧化热分解氧化热分解第72页，共85页，编辑于2022年，星期一图图4-10 聚酰亚胺在不同气氛中的聚酰亚胺在不同气氛中的TG曲线曲线第73页，共85页，编辑于2022年，星期一一、热分析概况一、热分析概况二、差热分析法二、差热分析法(DTA)(DTA)三、差示扫描量热法三、差示扫描量热法(D

39、SC)(DSC)四、热重分析法四、热重分析法(TGA)(TGA)五、热分析连用技术五、热分析连用技术第74页，共85页，编辑于2022年，星期一热分析中的热分析中的联用技术联用技术单单一一的的热热分分析析技技术术，如如TG、DTA或或DSC等等，难难以以明明确确表表征征和和解解释释物物质质的的受受热热行为。行为。如如：TG只只能能反反映映物物质质受受热热过过程程中中质质量量的的变变化化，而而其其它它性性质质，如如热热学学等等性性质质就就无无法法得得知知有无变化和变化的情况。有无变化和变化的情况。第75页，共85页，编辑于2022年，星期一高高岭岭土土分分析析，单单独独使使用用TG或或DTA就就

40、得得不不到到准准确确的的分分析析结结果果，而而采采用用TG-DTA联联用用技技术术可可获获知知高高岭土的高温热分解机理。岭土的高温热分解机理。第76页，共85页，编辑于2022年，星期一500-600 脱水的高岭土脱水的高岭土 980 亚稳态高岭土亚稳态高岭土 1200-Al2O3第77页，共85页，编辑于2022年，星期一热热分分析析的的联联用用技技术术，包包括括各各种种热热分分析析技技术术本本身身的同时联用，的同时联用，如：如：TG-DTA,TG-DSC等。等。热热分分析析与与其其它它分分析析技技术术的的联联用用，如如：TG-MS、TG-GC、TG-IR等。等。pICTA将热分析联用技术分

41、为三类：将热分析联用技术分为三类：p同时联用技术同时联用技术p串接联用技术串接联用技术p间歇联用技术间歇联用技术第78页，共85页，编辑于2022年，星期一(1)同时联用技术同时联用技术p在在程程序序控控制制温温度度下下，对对一一个个试试样样同同时时采采用用两两种种或或多多种种分分析析技技术术，TG-DTA、TG-DSC应应用用最最广广泛泛，可可以以在在程程序序控控温温下下，同同时时得得到到物物质质在在质量与焓值两方面的变化情况。质量与焓值两方面的变化情况。第79页，共85页，编辑于2022年，星期一TG-DTA联用联用u主要优点：主要优点：能方便区分物理变化与化学变化；能方便区分物理变化与化

42、学变化；便于比较、对照、相互补充便于比较、对照、相互补充可可以以用用一一个个试试样样、一一次次试试验验同同时时得得到到TG与与DTA数据，节省时间数据，节省时间测量温度范围宽：室温测量温度范围宽：室温1500u缺缺点点：同同时时联联用用分分析析一一般般不不如如单单一一热热分分析析灵灵敏敏，重重复复性性也也差差一一些些。因因为为不不可可能能满满足足TG和和DTA所所要求的最佳实验条件。要求的最佳实验条件。第80页，共85页，编辑于2022年，星期一TG、DTA技技术术对对试试样样量量要要求求不不一一样样，TG量量稍稍多多一一些些好好，可可以以得得到到相相对对较较高高的的检检测测精精度度，而而DT

43、A试试样样少少一一些些好好，这这样样试试样样中中温温度度分分布布均均匀匀，反反应应易易进进行行，可可得得到到更更尖尖锐锐的的峰峰形形和和较较准准确确的的峰峰温。温。只能折衷选择最佳量只能折衷选择最佳量。第81页，共85页，编辑于2022年，星期一根据物理或化学过程中所产生的重量和能量的变化情况，根据物理或化学过程中所产生的重量和能量的变化情况，TGTG和和DTADTA对反应过程可作出大致的判断：对反应过程可作出大致的判断：第82页，共85页，编辑于2022年，星期一 Cu(NO3)23H2O(晶体晶体)Cu(NO3)23H2O(液体液体)1/4Cu(NO3)23Cu(OH)2（晶体（晶体)CuO(晶体晶体)第83页，共85页，编辑于2022年，星期一第84页，共85页，编辑于2022年，星期一TG-DSC联用联用在在仪仪器器构构造造和和原原理理上上与与TG-DTA联联用用相相类类似；似；具有功率补偿控制系统，可定量量热；具有功率补偿控制系统，可定量量热；在在TG-DSC仪中仪中DSC的灵敏度要降低一些；的灵敏度要降低一些；与与TG-DTA一一样样广广泛泛应应用用于于热热分分解解机机理理的的研究。研究。第85页，共85页，编辑于2022年，星期一