熱重分析應(yīng)用

熱重分析法可以研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現(xiàn)象;研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過程、脫水、解離、氧化、還原、成份的定量分析、添加劑與填充劑影響、水份與揮發(fā)物、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等化學(xué)現(xiàn)象。

廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。

熱重法的重要特點(diǎn)是定量性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地測量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率，可以說，只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法已在下述諸方面得到應(yīng)用:

影響熱重法測定結(jié)果的因素，大致有下列幾個(gè)方面:儀器因素，實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)的選擇，試樣的影響因素等等。

1、浮力及對流的影響。浮力和對流引起熱重曲線的基線漂移。熱天平內(nèi)外溫差造成的對流會(huì)影響稱量的精確度。解決方案:空白曲線、熱屏板、冷卻水等。

2、揮發(fā)物冷凝的影響。解決方案:熱屏板。

3、溫度測量的影響。解決方案:利用具特征分解溫度的高純化合物或具特征居里點(diǎn)溫度的強(qiáng)磁性材料進(jìn)行溫度標(biāo)定。

4、升溫速率。升溫速率越大，熱滯后越嚴(yán)重，易導(dǎo)致起始溫度和終止溫度偏高，甚至不利于中間產(chǎn)物的測出。

5、氣氛控制。與反應(yīng)類型、分解產(chǎn)物的性質(zhì)和所通氣體的種類有關(guān)。

6、紙速。走紙速度快，分辨率高。

7、坩堝形狀。

8、試樣因素。試樣用量、粒度、熱性質(zhì)及裝填方式等。用量大，因吸、放熱引起的溫度偏差大，且不利于熱擴(kuò)散和熱傳遞。粒度細(xì)，反應(yīng)速率快，反應(yīng)起始和終止溫度降低，反應(yīng)區(qū)間變窄。粒度粗則反應(yīng)較慢，反應(yīng)滯后。裝填緊密，試樣顆粒間接觸好，利于熱傳導(dǎo)，但不利于擴(kuò)散或氣體。要求裝填薄而均勻，

進(jìn)行熱重分析的基本儀器為熱天平，它包括天平、爐子、程序控溫系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等幾個(gè)部分。除熱天平外，還有彈簧秤。

熱重分析儀結(jié)構(gòu):

熱重分析通?？煞譃閮深?動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。

1、靜態(tài)法:包括等壓質(zhì)量變化測定和等溫質(zhì)量變化測定。等壓質(zhì)量變化測定是指在程序控制溫度下，測量物質(zhì)在恒定揮發(fā)物分壓下平衡質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種方法。等溫質(zhì)量變化測定是指在恒溫條件下測量物質(zhì)質(zhì)量與壓力關(guān)系的一種方法。這種方法準(zhǔn)確度高，但是費(fèi)時(shí)。

2、動(dòng)態(tài)法:就是我們常說的熱重分析和微商熱重分析。微商熱重分析又稱導(dǎo)數(shù)熱重分析(DerivativeThermogravimetry，簡稱DTG)，它是TG曲線對溫度(或時(shí)間)的一階導(dǎo)數(shù)。以物質(zhì)的質(zhì)量變化速率(dm/dt) 對溫度T(或時(shí)間t)作圖，即得DTG曲線。

根據(jù)國際熱分析協(xié)會(huì)(International Confederation for Thermal Analysis，縮寫ICTA)的定義，熱重分析指溫度在程序控制時(shí)，測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間的關(guān)系的技術(shù)。這里值得一提的是，定義為質(zhì)量的變化而不是重量變化是基于在磁場作用下，強(qiáng)磁性材料當(dāng)達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，雖然無質(zhì)量變化，卻有表觀失重。而熱重分析則指觀測試樣在受熱過程中實(shí)質(zhì)上的質(zhì)量變化。熱重分析所用的儀器是熱天平，它的基本原理是，樣品重量變化所引起的天平位移量轉(zhuǎn)化成電磁量，這個(gè)微小的電量經(jīng)過放大器放大后，送入記錄儀記錄;而電量的大小正比于樣品的重量變化量。當(dāng)被測物質(zhì)在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結(jié)晶水時(shí)，被測的物質(zhì)質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化。這時(shí)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(zhì)在多少度時(shí)產(chǎn)生變化，并且根據(jù)失重量，可以計(jì)算失去了多少物質(zhì)(如CuSO4·5H2O中的結(jié)晶水)。從熱重曲線上我們就可以知道CuSO4·5H2O中的5個(gè)結(jié)晶水是分三步脫去的。TGA 可以得到樣品[mod_image_熱重分析儀_易展_t01db306b1f5759528c.gif_1]的熱變化所產(chǎn)生的熱物性方面的信息。

熱重分析樣品制備比較復(fù)雜，需要考慮很多因素，下面是一些常見的樣品制備過程需要考慮的因素:

1:對于要分析的物質(zhì)，樣品需有代表性。

2:制備過程中，樣品需盡可能沒有變化。

3:制備過程中，樣品需沒有受到污染。

4:樣品制備方法應(yīng)該是一致和可重復(fù)的。只有一致的樣品量才較好獲得可對比的TGA數(shù)據(jù)。

5:樣品量的考慮。如果想獲得足夠的精確度，應(yīng)有足夠的樣品量。特別是物質(zhì)揮發(fā)成分非常小或者物質(zhì)非均勻，此時(shí)更應(yīng)該加入足夠的樣品量，方能測量準(zhǔn)確。但是試樣量越大，整個(gè)試樣的溫度梯度也會(huì)加大，對于導(dǎo)熱較差的試樣更甚。而且反應(yīng)產(chǎn)生氣體向外擴(kuò)散的速率與試樣量有關(guān)，試樣量越大，氣體越不容易擴(kuò)散。

6:樣品形態(tài)的考慮。制備過程中，需考慮樣品形態(tài)的影響。樣品的形狀和顆粒大小不同，對熱重分析的氣體產(chǎn)物擴(kuò)散影響亦不同。一般來說大片狀的試樣的分解溫度比顆粒狀的分解溫度高，粗顆粒的分解溫度比細(xì)顆粒的分解溫度高。

7:試樣裝填方法。試樣裝填越緊密，試樣間接觸越好，熱傳導(dǎo)性就越好。這會(huì)讓溫度滯后現(xiàn)象變小。但是裝填緊密不利于氣氛與顆粒接觸，阻礙分解氣體擴(kuò)散或逸出。因此可以將試樣放入坩堝之后，輕輕敲一敲，使之形成均勻薄層。

ANSI/ASTM D2288-2001 增塑劑受熱重量損耗測試方法(X-15-373-1) Test Method for Weight Loss of Plasticizers on Heating (X-15-373-1) (08.02)

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ASTM D6382-1999(2005) 屋頂和防水屋頂膜材料的熱重力和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程 Standard Practice for Dynamic Mechanical Analysis and Thermogravimetry of Roofing and Waterproofing Membrane Material

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ASTM E2043-1999(2006) 熱重分析法測量農(nóng)業(yè)輔助劑溶液中不揮發(fā)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 Standard Test Method for Nonvolatile Matter of Agricultural Adjuvant Solutions by Thermogravimetry

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ISO 11358*****塑料.高聚物的熱重分析法(TG).第2部分:活化能測定 Plastics - Thermogravimetry (TG) of polymers - Part 2: Determination of activation energy

ISO 11358-1997 塑料 高聚物的熱重分析法(TG) 一般原則 Plastics - Thermogravimetry (TG) of polymers - General principles

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