热分析在化学分析中的应用
热分析在化学分析中的应用
摘要
热分析（Thermal analysis）是在程序控制温度的条件下测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。因其具有方法灵敏、快速、准确等优点，该技术及其分析仪器也得到快速发展，使其成为各学科领域的通用技术。热分析的应用范围十分广泛，如在高分子材料、医药、陶瓷、水泥、合金、矿物、催化剂等诸多领域。本文用Diamond TG/DTA6000综合热分析仪，在确定合适的升温速率后，运用差热分析法和热重法为实验手段对不同类型样品（硝酸铵、壬二酸、云冈原煤、CuSO4·5H2O）进行热分析；以绝缘漆包线为原料，讨论了热解速率对热分析结果的影响。通过分析实验所得结果对其中的过程进行分析，对壬二酸的分析知热分析能用于物质的纯度鉴定。对另三个样品的分析得到热分析可以应用于高分子材料等领域，成为其重要的研究、分析方法。
关键字：热分析；化学分析；应用
Thermal Analysis Application in Chemical
Analysis
Abstract
Thermal analysis is a technology which can measure the relationship between the physical properties and temperature of the substance under the process controlling the temperature. Because of its sensitive, rapid and accuration, this technology and its instrumentsthe have made rapid development, making the general technical disciplines. The application scope of thermal analysis is very extensive, such as polymers, pharmaceuticals, ceramics, cement, alloys, minerals, catalysts and other areas, In this paper, we use Diamond TG/DTG6000 comprehensive thermal analyzer, after making sure the right heating rate, using different analysis and thermal gravimetric analysis make thermal analysis to different types of samples(ammonium nitrate, azelaic acid, Yungang coal, Copper Sulfate Pentahydrate), using insulated magnet wire-bit raw materials, having discussed the influencial of the pyrolysis rate to the results of thermal analysis. Obtain the results by analysis theexperimental analysis of the process, the analysis of azelaic acid known thermai analysis can be used in the physical purity. The other three samples analysis of thermal analysis can be applied to polymer materials and other fields, to be an important research and analysis method.
Keywords:Thermal analysis;Chemical analysis; Application
目录
摘要 ............................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................... II 目录 .............................................................................................................III 1文献综述.. (1)
1.1 研究意义 (1)
1.2热分析的发展...... . (1)
1.3热分析技术的分类及影响因素 (2)
1.3.1差热分析法 (2)
1.3.2热重分析法 (3)
1.3.3 差示扫描量热法 (4)
1.3.4 热分析法的影响因素 (5)
1.4热分析方法应用领域 (6)
1.5实验研究内容 (8)
2 实验部分 (9)
2.1 实验原料 (9)
2.1 实验设备 (9)
2.3 实验步骤 (9)
2.3.1 样品制备 (9)
2.3.2 热解实验部分 (9)
3实验结果与讨论 (10)
3.1 升温速率对热解实验的影响 (10)
3.2不同气氛对热解实验的影响 (12)
3.3差热分析法在物质晶型转变过程的应用 (14)
3.4热分析在物质纯度测定上的应用 (15)
3.5热分析法对分解机理的考察 (16)
4结论 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
1文献综述
1.1 研究意义
热分析（Thermal analysis）是在程序控制温度的条件下测量物质的物理性质与温度关系的一种技术[1]。热分析技术主要用于物质的物理变化（晶型转化、相态变化和吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。通过对这些变化的研究可以对材料进行鉴别、分析和选择。因热分析法具有方法灵敏、快速、准确等优点，该技术及其分析仪器也得到快速发展。由于电子技术及传感器技术的发展推动了热分析技术的纵深发展，逐渐产生了差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）技术，根据物质在受热过程中质量的减少，产生了热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）技术等等。
1.2热分析的发展
热分析是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析的总称。根据国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis，ICTA）对热分析法的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷却，所谓“物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等。热分析的基本原理是：在加热与冷却曲线上的任何变化直接与样品的热量变化有关，进而与相的变化相关。因此，曲线实际上是特定反应过程的一次记录，反应的所有信息都包含在冷却曲线中。
热分析的发展历史可追溯到两百多年前。1780年英国的Higgins在研究石灰粘结剂和生石灰的过程中第一次使用天平测量了实验受热时所产生的重量变化。1915年日本的本多光太郎提出了“热天平”概念，并设计了世界上第一台热天平。1899年，英国的Roberts和Austen采用两个热电偶反相连接，采用差热分析的方法直接记录样品和参比物之间的温差随时间变化规律；至二次大战以后，热分析技术得到了飞快的发展，20世纪40年代末商业化电子管式差热分析仪问世，60年代又实现了微量化。1964年，Wattson和O’Nei11等人提出了“差示扫描量热”的概念，进而发展成为差示扫描量热
技术，使得热分析技术不断发展和壮大。
随着电子技术和工艺以及机械工艺的发展，用来实现热分析方法的热分析仪器推陈出新，目前国内外的新的热分析仪器基本都采用了高精度的采集系统取代原有的低位A/D采集器，数据的传输线越来越节约，大大减少了信号之间由于线路复杂造成的干扰，采用先进的电子芯片和焊接工艺，硬件集成度越来越高。采集软件的设计功能强大，分析参数丰富，界面友好，数据的分析通过软件编程对应的算法，自动显示数据分析结果，对策两样品的分析和操作更方便更直观。使用计算机和打印机配合取代原有的记录仪，软件记录的曲线更容易保存和输出。
在仪器的机械结构上，国内已经出现了机、电、气氛一体化的热分析仪器，使得结构更紧凑，不仅外观美观，更重要的独立部件减少，增强了仪器工作的稳定性和可靠性，在样品装载上，国外仪器已经实现了自动装载样品，减少了人为操作引起的误差，实现了全自动化。随着电子技术和机械工艺的进一步发展，未来的热分析仪器必然会朝着高精度、高灵敏度，全自动化、外观美观和结构紧凑型的方向发展。
1.3热分析技术的分类及影响因素
热分析法根据原理与仪器的不同分为差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）、热重法（Thermogavimetry，TG或TGA）、差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimentry，DSC）等共九大类十七种方法，其中差热分析法（DTA）、热重法（TG）、差示扫描量热法（DSC）是目前应用最广泛也最重要的方法。
1.3.1差热分析法
差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）是一种动态热分析技术，可用于定性和半定量分析。热分析的定义是指在相同的温度环境中，将样品和参比物按一定的速率加热或冷却，并采用特定的仪器记录样品及参比物的温差和时间（或温度）关系的技术。
物质在加热或冷却过程中，当达到特定温度时，会产生物理变化或化学变化，伴随着有吸热和放热现象，反映物系的焓发生了变化。差热分析就是利用这一特点，通过测定样品与参比物的温度差对时间的函数关系，来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、热效应等物理化学性质。
差热分析时，试样与参比物分别放在坩埚中，然后放入电炉中加热升温。在升温过程中试样如没有热效应，则试样与参比物之间的温度差ΔT为零；而试样在某温度下有放热（吸热）效应时，试样温度上升速度加快（减慢），就产生温度差ΔT，把ΔT转变成电信号放大后记录下来，可以得到峰形曲线。这种峰型曲线称为差热曲线(或DTA曲线)。物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随有焓的改变而产生热效应，其表现为样品与参比物之间有温度差，记录差热曲线（DTA曲线）。将样品与参比物一同放入可按规定的速度升温或降温的电炉中然后分别记录参比物的温度以及样品与参比物的温差，以T对t作图，即可得到差热图(或称热图谱)。从DTA获得的曲线试验数据是这样表示的：纵坐标代表温度差ΔT，吸热过程显示一个向下的峰，放热过程显示一个向上的峰。横坐标代表时间或温度，从左到右表示增加。
差热曲线直接提供的信息主要有峰的位置、面积、高度、宽度、对称性、方向、峰的形状和数目。峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类(吸热或放热)决定的；前者体现在峰的起始浓度上，后者体现在峰的方向上。峰的面积反映热效应的大小（在相同测定条件下）。峰高、峰宽及对称性除与测定条件有关外，往往还与样品变化过程的动力学因素有关。这样从差热图谱中峰的方向和面积可以测得变化过程的热效应（吸热或放热、以及热量的数值）。除了测定热效应外，由差热图谱的特征还可以用以鉴别样品的种类，计算某些反应的活化能和反应级数等。不同物质的热性质不同，相应的差热曲线上的峰的位置、峰的个数和形状就不一样．这是用差热分析对物质进行定性分析的依据。
1.3.2 热重分析法
热重分析法（Thermogravimetric Analysis，TG）是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，这种变化过程有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。热重曲线上的一个台阶，在微商热重曲线上是一个峰，峰面积与样品质量变化成正比[2]。
热重分析法（TG）的测量原理是在给被测物加温过程中，由于物质的物理或化学特性改变，引起质量的变化，通过记录质量变化时程序所走出的曲线，分析引起物质特
性改变的温度点，以及被测物在物理特性改变过程中吸收或者放出的能量，从而来研究物质的热特性[3]。
随着热重分析发的发展，由热重分析法衍生出来微商热重法，微商热重法使能够记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种技术。微商热重曲线上出现的各种峰对应着TG曲线的各个重量变化阶段。峰下的面积与样品对应的重量变化成正比。
微商热重法有下列特点：
DTG曲线与DTA曲线具有可比性。把DTG和DTA曲线进行比较，能够判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰。
由于反应过程材料产生热量变化，致使DTA曲线温区较宽，而DTG曲线够精确反应出起始反应温度，达到最大反应速率的温度和反应终止的温度。
DTG能够很好的显示出重叠反应，区分各个反应阶段。
DTG曲线峰的面积精确地对应着变化了的样品重量，因而DTG能够精确地进行定量分析。
有些材料不能用DTA来分析，却可以用DTG来分析。
DTG能够显示微小质量变化的起点。
1.3.3 差示扫描量热法
根据ICTA定义：差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是一种记录样品及参比物之间在ΔT=0时所需的能量差对时间（或温度）关系的技术。DSC 是在DTA基础上发展起来的一种热分析方法[3-5]。由于被测物与参比物对热的性质不同，要维持二者相同的升温，必然要给予不同的热量，通过测定被测物吸收（吸热峰）或放出(放热峰)热量的变化，达到分析目的[6]。
DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化（dH/dt-t）关系。如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差
随温度T的变化（dH/dt-T）关系，其峰面积s正比于热焓的变化：即ΔH=KS，式中：K为与温度无关的仪器常数[7]。
差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。该法使用温度范围宽（－175℃～725℃）、分辨率高、试样用量少。适用于无机物、有机化合物及药物分析。DSC的特点是峰的位置、形状和峰的数目与物质的性质有关，故可以定性地用来鉴定物质；从原则上讲，物质的所有转变和反应都应有热效应，因而可以采用DSC检测这些热效应，但有时由于灵敏度等种种原因的限制，不一定都能观测得出；而峰面积的大小与反应焓有关，即ΔH=KS。
1.3.4 热分析法的影响因素
热重分析和差热分析方法一样，实验结果都受到许多因素的影响，基本可分二类：一是仪器因素，包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材料等。二是样品因素，包括样品的质量、粒度、装样的紧密程度、样品的导热性等。
在TG的测定中，升温速率增大会使样品分解温度明显升高。如升温太快，试样来不及达到平衡，会使反应各阶段分不开。合适的升温速率为5℃/min～10℃/min。样品在升温过程中，往往会有吸热或放热现象，这样使温度偏离线性程序升温，从而改变了TG曲线位置。样品量越大，这种影响越大。对于受热产生气体的样品，样品量越大，气体越不易扩散，再则，样品量大时，样品内温度梯度也大，将影响TG曲线位置。总之实验时应根据天平的灵敏度，尽量减小样品量；粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄，粒度粗，则反应较慢，反应滞后；装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导，但不利于扩散或气体。要求装填薄而均匀。当然，也有其他方面的影响。例如：浮力及对流的影响，浮力和对流引起热重曲线的基线漂移；热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度；挥发物冷凝的影响；纸速，走纸速度快，分辨率高。
热分析技术的影响因素：
（1）升温速率：一般认为DSC的定量测定主要热力学参数是焓，受升温速率影响很小，但实际测试的结果表明，升温速率太高会引起试样内部温度分布不均匀，炉体和试
样也会产生热不平衡状态，所以升温速率的影响很复杂。一般主要影响DSC的峰值、峰形的大小和窄宽。
（2）气氛：不同气体热导性不同，会影响炉壁和试样之间的热阻，进而影响出峰的温度和热焓值。
（3）试样用量：不可过多，以免使其内部传热慢、温度梯度大而使峰形扩大和分辨率下降。
（4）试样粒度：粉末粒度不同时，由于传热和扩散的影响，会出现试验结果的差别。通常粒度越细，出峰温度降低，峰宽变小。但是其相应的热反应是不变的，只是反应速度有变化。粒度过细时，由于失水很快，也会影响曲线形状[8]。
1.4热分析方法应用领域
热分析的应用甚广，从1780年英国的Higgins在研究石灰粘结剂和生石灰的过程中第一次使用天平测量了实验受热时所产生的重量变化时开始到今天，热分析技术的应用领域不断得到拓展，尤其自80年代初我国开始热分析活动以来，10余年间我国在该领域取得了长足的进步。热分析逐渐成为冶金、化工、地质、建筑、机电、农林、环境保护、纺织[8]、塑料、橡胶、树脂、涂料、食品、药物、生物有机体、无机材料、金属材料和复合材料等领域。并且成为研究开发、工艺优化和质检质控的必不可少的工具。由于热分析技术所研究的是物质在受热时所引起的各种物理变化和化学变化过程，这就决定了它与各学科中的热力学和动力学问题有着自然的密切联系，使它在各学科研究的分析测试手段中占有重要的地位。
根据热分析技术的特点，其主要有以下应用：
（1）物质的鉴定与鉴别，热分析谱图可以作为物质的特征图[9]，这一点早已被地质学家、冶金学家和陶瓷学家的工作所证明。通过建立各种矿物、无机化合物和有机化合物的热分析标准图谱，为鉴定与鉴别各类物质提供了重要的科学依据。
（2）在研究材料的结构与性能，生产过程中产品或半成品的质量分析与控制，提供标准的和例行的检验方法。
（3）为分子生物、生物材料研究，以及法学破案分析提供了有力的实验手段。
（4）在热力学研究中，例如相图的测定，各种物质的潜热、比热、生成热、反应热等热力学数据的测定中。
（5）在分析热动力学研究中，例如反应速度、反应级数和反应活化能等动力学参数的测定中，提供了操作简便、快速、灵敏的等温法和非等温法研究手段。当多种热分析技术联用，或与X射线衍射、质谱、红外及气相色谱等分析手段配合，还可以进一步研究反应过程与反应机制。
热重分析法，可以跟踪检测样品在不同温度下的重量损失，故可将其应用在反应机理上推断，对于双基火药的燃烧，有研究指出[10]，在火药的燃烧表面出现大量炭质物质，而“超速”燃烧总是与这些碳质物质有关。但这些大量的炭产生的原因尚无定论。含有催化剂的双基火药在燃烧过程中，催化剂的分解产物(主要是一些金属或金属氧化物)在亚表面反应区或燃烧表面上使硝酸酯历程发生改变，一部分硝酸酯降解成了碳；也有可能是催化剂与硝酸酯分解出的醛类发生化学反应而生成碳[11,12]。
西安近代化学研究所的仪建华等[13]采用热重(TG)分析技术，研究了含二缩三乙二醇二硝酸酯（又名太根，TEGDN）和硝化甘油(NG)构成的双基发射药在常压动态气氛下的非等温热分解反应动力学，结果表明，该发射药的热分解过程分为两个阶段，并对其动力学参数和动力学方程进行了计算。
现在，热分析及其衍生的以热分析方法为主要研究方法的其他热分析技术的应用领域正在逐步扩大，几乎涉及社会生产、生活的各个方面。
热分析动力学在食品研究中的应用主要用于研究淀粉糊化、热分解以及干燥动力学过程[14]。热分析也开始在食品香料中的等级鉴别、纯度分析中得到应用[15]。除了在食品方面的应用之外，热分析技术在药物方面的应用也越来越广泛[16,17]。
近年来热分析方法在生命科学和药学科学等研究领域中已得到广泛应用。目前，一些发达国家已把热分析方法作为控制药品质量的主要方法之一，美国药典从19版开始已将热分析作为法定的药物检测手段[18,19]，英国药典1993年版[20]也已收载了药物的热分析方法。用热分析方法检查药物与赋形剂之间有无化学反应、化学吸附及共熔等物理、化学反应发生，因而为赋形剂的筛选提供了有价值的信息。在许多发达国家已将其作为赋形剂配伍试验常规的首选方法，它为制剂的处方设计特别是新药的处方设计及质量控制提供了极大的方便[21,22]。在药物栓剂及软膏中的应用：药物采用某一特定剂型具有多种药代动力学优势，但也不可避免地会存在一些问题。解决这些问题有时可借助热分析法。如萘普生钠盐从口服制剂改用栓剂，不仅大大降低了胃肠道溃疡的发病率，而且促进其药效作用的发挥。但由于该药在体内溶出过快，耐药性较差。若加入可溶性钙盐
（如乙酰丙酸钙），可有效地改善其耐药性。Santus[23]用DSC法分析了该混合物以及可能产生的新物质，结果表明：萘普生钠盐与乙酰丙酸钙相互反应，大大促进了该栓剂工艺的改进。某些栓剂在加工或贮存过程中会发生一些物理变化，影响药物的性能。脂质栓剂一般以混晶形式存在，贮存过程中具有较低熔点的晶型慢慢向具有较高熔点的晶型转变。当药物的熔点大于37℃时，药物失效。可以采用热分析法来监控该变化，从而获得最佳贮存条件。
经过多年的快速发展，热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析方法，它可用于检测的物质因受热而引起的各种物理、化学变化，参与各学科领域中的热力学和动力学问题的研究，又因其具有方法灵敏、快速、准确等优点，该技术及其分析仪器也得到快速发展，使其成为各学科领域的通用技术，并在各学科间占有特殊的重要地位。
利用热分析技术可以对农林废弃物热解特性、废弃物本身及废弃物复合材料的热变化、重量变化、状态变化等进行分析，还可以用于废弃物复合材料混合最佳温度的确定和废弃物烧结材料烧结曲线的验证等[24]。
近年来，差示扫描量热技术发展很快，在高分子领域内[25,26]得到了越来越广泛的应用，尤其在粉末涂料[27]领域，除用来测定成膜树脂基本物理指标和热效应外，已经成为研究热固性树脂固化特性、测试固化转化率的常用手段，并且在固化工艺确定方面起着越来越重要的作用。差示扫描量热分析技术逐渐发展成为一种有效研究材料固化动力学的热分析方法。
随着新能源越来越受到关注，热分析也开始在新能源领域得到应用。热分析是国内外研究燃烧特性最常用的方法之一，虽然将其运用于生物柴油的研究极少但应用热分析法在石油柴油和生物柴油的挥发性和可燃性上，来比较它们的燃烧特性的确可行[28]。
1.5实验研究内容
（1）热分析实验过程中，升温速率和气氛对结果的影响。
（2）差热分析法在物质晶型转变过程的应用，以硝酸铵为例，考察室温～1000℃下的热解过程。
（3）以壬二酸为例考察热分析法在物质纯度检测。
（4）以CuSO4·5H2O为例考察热分析法对反应机理的考察。
2 实验部分
2.1 实验原料
表2.1 实验药品
药品名称规格备注
硝酸铵分析纯国药集团化学试剂有限公司CuSO4·5H2O 分析纯石家庄紫金铜业有限公司壬二酸分析纯实验室自制
云冈原煤绝缘漆包线80目
80目
鞍钢配煤车间
鞍山昊天科技开发有限公司
2.1 实验设备
表2.2 实验仪器及设备
仪器名称型号厂家热重/差热试验仪TG-DTA6000 美国PerkinElmer股份有限公司电子天平FA2004N 山东省潍坊医疗器械厂
粉碎机常熟市常宏贵金属有限公司2.3 实验步骤
2.3.1 样品制备
将云冈原煤粉碎，过塞，获得80目样品，以备在热解过程中应用。
2.3.2 热解实验部分
采用美国PE公司的TG/DTA6000综合热分析仪对煤沥青进行不同条件热解实验，热分析检测条件见表2.3。
表2.3煤沥青的TG/DTA分析检测条件
坩埚类型参比类型取样量(mg)升温速率(℃/min)载气流速(mL/min) Pt φ5mm*3mmα-Al2O35mg左右2、5、10℃/min 高纯氮50mL/min
3实验结果与讨论
3.1 升温速率对热解实验的影响
图3-1、3-2、3-3分别是绝缘漆包线升温速率为5℃/min ，10℃/min ，20℃/min ，40℃/min 时的DTA 、TG 、DTG 曲线。 02004006008001000-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
10
20
30D C B
A D T A /u V Temperature
A-5℃/min ，B-10℃/min ，C-20℃/min ，D-40℃/min
图3.1 绝缘漆包线热解DTA 曲线
从T-DTA 曲线可知，随着升温速率的提高，出峰变得越来越明显，而且峰变得窄而尖，还可以从图上看出，随着升温速率的提高，谷底温度出现滞后现象，整个吸热谷呈现向高温区漂移的现象。图中当升温速率为40℃/min 时，开始吸热时很明显，第一个峰的形状与已知的尖而窄的趋势略有差别，可能由于样品不均，在刚开始时吸热过多从而导致接下来的吸热峰变得不明显。
0200
4006008001000500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
B C D A T G /u g Temperture
A-5℃/min ，B-10℃/min ，C-20℃/min ，D-40℃/min
图3.2 绝缘漆包线热解TG 曲线
从图3.2绝缘漆包线热解TG 曲线上可以清晰的看出，随着升温速率的提高，温度滞后现象越严重，起始分解温度和终止温度测定值变得越高，分解温度范围也会变得更宽。同时，升温速率太快，会使热重分析曲线（TG ）中相近的失重过程分离不开。在微商热重分析曲线(DTG)，较慢速升温速率中两个能够分离开的失重峰在快速升温过程中可能分离不开。 02004006008001000
-50
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
B D
C A
D T G \u g /m i n Temperature
A-5℃/min ，B-10℃/min ，C-20℃/min ，D-40℃/min
图3.3绝缘漆包线热解DTG 曲线
由图3.3绝缘漆包线热解DTG 曲线可知，随着升温速率的提高，虽然提高了相邻峰之间的分离度，但是温度滞后现象表现的十分严重，同时，由于该样品相邻失重组分之间温差较大，所以快速升温也可以判断出组分的种类，但如果相邻组分失重温差相近，就不能得到很好的分离度或者根本不能区分开。
综合分析以上对绝缘漆包线在升温速率为5℃/min ，10℃/min ，20℃/min ，40℃/min 时的DTA 、TG 、DTG 曲线可得出：随着升温速率的升高，曲线上的失重起始和结束温度都明显的向高温区漂移的现象，导致样品的实际始终温度和检测失重温度误差变大，所以对于具体样品，应该建立自己独立的检测方法，来得到最佳的分析结果。当然，热分析的影响因素很多，升温速率只是其中的一种，接下来我将继续其他一些影响因素做进一步的分析研究。应该注意，不能把DTG 曲线的峰顶温度当成分解温度，DTG 的峰顶温度表示在这个温度下重量变化速率最大，显然它不是样品开始失重的温度。
3.2不同气氛对热解实验的影响
我们都知道，热解实验一般是在一定的气氛下进行的，由于气氛的类型不用，导致的分析结果也大不相同，下面我们通过云冈原煤分别在CO 2和N 2下热解为例来说明气氛对热解结果的影响。 T i m e m i n 100.050.0
0.0T G %100.080.0
60.040.0T e m p C e l 1000
800
600
400
200
A B
A-TG% B-温度
图3.4 煤在CO 2热解TG 曲线
T i m e m i n 100.050.0
0.0T e m p C e l 1000
8006004002000
T G %100.090.0
80.0
70.0
60.0
50.0A
B A-温度 B-TG%
图3.5煤N 2的热解TG 曲线
煤的热解大致可分为三个阶段：（1）第一阶段：从室温到活泼热解温度（350～400℃）称为干燥脱气阶段。（2）第二阶段：从活泼热解温度～550℃，这一阶段的特征是活泼分解，以解聚和分聚反应为主。（3）第三阶段：从550～1000℃称为二次脱气阶段。
由图3.4和图3.5分析知，在150℃左右，有一个吸热峰，表明此段是吸热反应。是没析出水分和脱除吸附气体的过程。在120℃前主要脱水，约200℃完成脱气（CH 4、CO 2和N 2）。在200℃以上发生脱羧基反应，约300℃开始热解反应。在350～550℃范围内，有一个吸热峰，表明此价段为吸热效应。在这一阶段发生解聚、分解生成气体和煤焦油（蒸汽状态）等低分子化合物。约450℃排出的焦油量最大，在450～550℃气体析出量最多。在750～850℃范围内，有一个放热峰，表明此阶段为放热反应。是煤热解残留物互相缩聚，生成半焦过程。这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气。煤气成分主要是H 2，少量CH 4和C 的氧化物。
在图3.4和3.5的曲线可得出如下信息，在120min 时N 2和CO 2的TG%含量分别为55.1%和29.5%，N 2中煤的剩余比CO 2中多，即C 与CO 2在热解过程中反应生成了CO 气体挥发掉了。
3.3差热分析法在物质晶型转变过程的应用
差热分析法是测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术，该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应，我们以常压下硝酸铵在室温～400℃实验为例，来讨论差热分析法在物质晶型转变过程的应用。
根据表2.3的条件实验，在确定升温速率为10℃/min、载气流速50 mL/min、在氮气的气氛下、样品用量为9mg的条件下对硝酸铵经行热解分析实验，见图3.6。
A-DTA Ｂ-DTG C-TG
图3.6硝酸铵热解DTA-TG曲线
由图3.6可以看出，硝酸铵在室温～170℃温度范围热解时出现四个吸收峰，实际表现为四种晶型转变时的能量变化。由于仪器本身测量范围的限制，只能体现出室温以上的吸收峰，因此在室温以下发生的晶型转变及其热效应在本实验中并不能体现出来。从图上可知第一个吸收峰的温度为27.8℃，其后相继出现的吸收峰的温度分别为：58.4℃、133.0℃、169.3℃，具体见表3.1，这是因为硝酸铵热解的影响因素很多，如杂质离子、有机物等等，包括实验的环境、条件及仪器等，所以其晶型转变时的温度不大可能出现在某一个固定的值，只能是在一个温度区间。
表3.1硝酸铵晶型转变温度
晶型号
变体存在的温度范围/℃ 对称形式 本实验所测温度/℃ Ⅰ
169.6～125.2 立方晶系 169.3 Ⅱ
125.2～85.4 三方晶系 133.0 Ⅲ
85.4～32.3 单斜晶系 58.4 Ⅳ
32.3～-17 斜方晶系 28.7 Ⅴ <－17 四方晶系 -
3.4热分析在物质纯度测定上的应用
由于热分析独特的检测特点，其应用范围也特别广，我们在不做定量要求的情况下，可以采用DTA 技术实现对样品纯度的测量。下面我们以壬二酸为例，研究差热分析技术另一方面的应用。 T em p C el 300.0200.0
100.0D T A u V 20.00
10.00
0.00
-10.00T G m g 6.000
4.000
2.000
0.000
106.5
图3-7壬二酸重结晶之后
T em p C el 120.0110.0
100.090.0D T A u V 15.00
10.005.000.00
T G m g 0.000
-2.000
-4.000
-6.000
-8.000
106.6Cel 7.40uV
105.1Cel 7.95uV
图3.8壬二酸粗品
从两个图来看，在105℃这里有干扰峰，主要是壬二酸在制备的时候，产物不单一，生成庚二酸，查阅资料，庚二酸熔点为105.5℃。对壬二酸粗品重结晶，二次得到产物进行熔点测定，见图3.7，庚二酸干扰峰消失。
查资料可知壬二酸的熔点为106.5℃，沸点为286.5℃。对图中TG 曲线和DTG 曲线进行分析可知系统在80℃之前的质量损失可能是壬二酸中的水分或挥发物加热丢失了。之后系统在105℃再次开始损失直到285.9℃，分析图3.8中曲线在106℃左右有一个剧烈的吸热过程但是其质量并没有损失，由此推断该过程为壬二酸的熔化。得到实验测得壬二酸的熔点为106.6℃，与资料所得熔点相符。图3.7中系统在285.9℃达到平衡即该点为本实验测得的壬二酸的沸点。此时沸点与查得的壬二酸沸点有所出入分析其原因更可能是实验室自制的壬二酸纯度不太高和壬二酸在加热过程中生成了少量庚二酸（庚二酸沸点为272℃）。综合实验所得数据分析可知本实验得到的数据正确度还是较高，通过本实验可以证明热分析可以用来测物品的熔点和沸点方面的运用。
3.5热分析法对分解机理的考察
由于热分析技术可以得到温度对质量数据的独特性，我们可以根据实验所得数据，来分析样品的分解机理，在这里，我们以CuSO 4·5H 2O 分解过程来考察其应用的广泛性。
A-TG% B-DTA 图3.9 CuSO 4·5H 2O 热解DTA-TG 曲线
由图3.9中TG 曲线分析，反应物从开始到15.49min 时，系统损失了29%，而且在该过程由两个子过程组成，分析知该情况是由于两次失去两个水分子的过程是连续进行的。由方程式计算得损失为28.8%，与实验所得结果基本符合。从15.49min →25.87min 过程中系统损失为7.3%，此时剩余反应物再失去一个H 2O 分子。此后系统进入一段平稳期。之后系统进入一个剧烈的质量损失阶段，到73.43min 时系统又损失了30.7%，通过计算损失值推论此阶段反应为生产SO 3的反应。此时系统从73.43min →87.53min 系统损失了3.3%经过计算分析得该过程发生的为失去O 2的过程。
计算方法：对0→15.49min ，由图知实验所得损失率=100%－71%=29%，M CuSO 4·5H 2O=250，假设该过程失去的是一个水则损失率=18/250*100%=7.2%。所以我们可以得到该过程是失去4个水的结论。那么理论损失率为28.8%，理论与实验的误差=29%－28.8%/29%=0.69%，即推论正确。热重曲线损失与化学式分解过程见表3.2。
T em p C el
1000800600
400200D T A u V 200.0100.0
0.0-100.0T G %100.050.00.094Cel -38.2uV 121Cel -43.0uV 236Cel -12.0uV
73.43min 757Cel 33.0%1.093min
20Cel 100.0%15.49min 153Cel 71.0%25.87min 264Cel 63.7%87.53min 895Cel 29.7%
A
B
热分析技术在金属材料研究中的应用
研究生课程论文 (2014 -2015 学年第一学期) 热分析技术在金属材料研究中的应用 提交日期：2014年12月 1 日研究生签名： 学号学院材料科学与工程学院 课程编号课程名称材料的物性及其测试技术 学位类别硕士任课教师 教师评语： 成绩评定：分任课教师签名：年月日
热分析技术在金属材料研究中的应用 摘要：介绍了热分析技术的一些常用的热分析方法，如热重分析、差热分析、差示扫描量热分析、热膨胀等；同时阐述了热分析技术在金属材料中的应用，如测定金属材料的相变的临界温度以及对磁性材料居里温度的测量，及相变的热效应等。 关键词：热分析技术金属材料研究应用 Application of thermal analysis technique in the research of metallic materials Jing Deng School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology Abstract: The application of the thermal analysis technique and some commonly methods were introduced, such as thermogravimetry analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA), differential scanning calorimetry (DSC), thermodilatometry and so on. The application of the thermal analysis technology in metallic materials was introduced, for example, to measure phase transition critical temperature of the metallic materials and the Curie temperature of the magnetic material and the thermal effect of the phase transition. Keywords: thermal analysis technique; metallic materials; research; application 1、前言 热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度之间对应关系的一项技术。主要包括如下三个方面的内容：一是物质要承受程序控温的作用，即以一定的速率等速升温或降温；二是要选择一观测的物理量P，该物理量可以是热学、磁学、力学、电学、声学和光学的等；三是测量物理量P随温度T的变化，往往不能直接给出两者之间的函数关系[1]。 热分析主要用于研究物理变化(晶型转变、熔融、升华和吸附等)和化学变化(脱水、分解、氧化和还原等)。热分析不仅提供热力学参数，而且还能给出有参考价值的动力学数据。因此，热分析在材料研究和选择上，在热力学和动力学的理论研究上都是很重要的分析手段[2]。 按照测量的物理性质，国际热分析协会(ICTA)将现有的热分析技术分类[3-4]，具体见表1。热分析技术种类繁多，应用甚广，本文将介绍主要的热分析技术及其在金属材料研究中的主要应用。 表1 ICTA关于热分析技术的分类 测试性质方法名称英文全称缩名称质量热重法Thermogravimetry Analysis TGA 等压质量变化测定Isobaric Mass-change Determination 逸出气检测Evolved Gas Detection EGD 逸出气分析Evolved Gas Analysis EGA 放射热分析Emanation Thermal Analysis TEA
差热分析
差热分析 Ⅰ、目的要求 1、掌握差热分析的基本原理及方法，了解差热分析仪的构造，学会操作技术。 2、用差热分析仪对CuSO4·5H2O进行差热分析，并定性解释所得的差热图谱。 3、学会热电偶的制作及标定，掌握绘制步冷曲线的实验方法。 Ⅱ、实验原理 1、差热分析 许多物质在加热或冷却过程中往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化。这些变化并伴随有体系焓的改变，因而产生热效应。其表现为该物质与外界环境之间产生温度差。而有一些物质，如Al2O3、MgO、SiO2等，在一定温度范围内比较稳定，不会发生物理或化学变化，也就没有热效应的产生，这类物质称为热中性体标准物或参比物。 如果将某一待测物与参比物同置于温度均匀的电炉中以一定的速率升温，参比物在整个实验温度范围内没有物理或化学变化发生，因而不产生任何热效应。所以，当样品没有热效应产生时，它和参比物具有相同的温度，两者的温差ΔT=0，当样品发生物理或化学变化并伴有热效应时，由于传热速率的限制，两者的温度就不一致，即有温差ΔT≠0。显然，温差出现的温度以及温差的大小与待测物的结构和性质有关。 图为理想情况下的差热曲线 差热分析(简称DTA)是一种热分析法，就是在程序控制温度下，测量试样与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术，可用于鉴别物质并考察物质组成结构以及物质在一定得温度条件下的转化温度、热效应等物理化学性质，它广泛地应用于许多科研领域及生产部门。测定时，将样品与参比物同时放入一个可按规定速度升温或降温的电炉中，然后分别记录参比物的温度，也可记录样品本身或
样品附近环境的温度，以及样品与参比物的温度差，随着测定时间的延续，就可以得到一张差热图。 2、影响差热分析的若干因素 从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。 3、样品保持器和加热电炉 样品保持器是仪器的关键部位，可用陶瓷和金属块制成。保持器的上端有两个相互平衡的粗空，可以容纳坩埚，也可直接装上样品和参比物。底部的细孔与上端两个粗空的中心位置相通，用于插入热电偶。如果在整个测量过程中，样品不与热电偶作用，也不会在热电偶上烧结熔融，可不必使用坩埚而直接将其装入粗空中。热电偶直接与样品接触，测定的灵敏度可以的待提高。加热电炉要有较大的恒温区，通常采取立式装置。 4、差热分析仪 差热分析仪的结构如下图所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起。两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。 Ⅲ、仪器试剂 加热电炉1套双孔绝缘小瓷冠（孔径约为1mm） 程序控温仪1台α- Al2O3（分析纯） 沸点测定仪1台CuSO4?5H2O（分析纯）
热分析的基础与应用
热分析的基础与分析 SII·Nano technology株式会社 应用技术部大九保信明 目录 1．引言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2．热分析概要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2-1热分析的基本定义 2-2热分析技术的介绍 2-3热分析结果的主要 3．热分析技术的基本原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 3-1 差热分析DTA原理 3-2 差热量热DSC原理 3-3 热重TG 原理 3-4 热机械分析TMA原理 4．应用篇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 4-1DSC的应用例 4-1-1聚苯乙烯的玻璃化转变分析 4-1-2聚苯乙烯的融解温度分析 4-1-3比热容量分析 4-2TG/DTA的应用例 4-2-1聚合物的热分析测定 4-2-2橡胶样品的热分析测定 4-2-3反应活化能的解析 4-3TMA的应用例 4-3-1聚氯乙烯样品玻璃化温度的测定 4-3-2采用针入型探针对聚合物薄膜的测定 4-3-3热膨胀，热收缩的异向性解析 结束语。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 参考文献
1．前言 与其它分析方法相比，热分析方法研究的历史较为久远，1887年，勒夏特利埃（Le Chatelier）就着手研究差热分析，1915年，我国的本多光太郎开创了热重分析（热天平）。之后，随着电气、电子技术、机械技术的发展，热分析仪器迅速地得到了普及，加之，由于最近该仪器的自动化、计算机化程度的不断提高，热分析技术已作为通用的分析技术之一已被广泛的应用。 热分析技术涉及众多领域，以化学领域为首，热分析技术已广泛应用于物理学、地球科学、生物化学、药学等领域。起初，在这些领域中，热分析主要用于基础性研究。随着研究成果的不断积累、扩大，现已被用于应用开发、材料设计，以及制造工序中的各种条件的研究等生产技术方面。近年来，在日本工业标准/JIS等的试验标准、日本药典等的法定分析法中有些也采用了热分析技术。同时，在产品的出厂检验、产品的验收检查等质量管理、工艺管理领域，热分析也已成为最重要的分析方法之一。 作为热分析技术的最常用的方法，本章主要介绍差热分析（DTA）、差热量热分析（DSC）、热重分析（TG）及热机械分析（TMA）的基本原理以及各种测量技术的典型应用示例。 2．热分析的概要 2-1 热分析的定义 根据国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry:ICTA）的定义，热分析为： 热分析技术是在控制程序温度下，测量物质（或其反应生成物）的物理性质与温度（或时间）的关系的一类技术。 图1为根据该定义制作的热分析仪器的示意图。所谓热分析是指，如图1所示将试样放入加热炉中，检测使温度发生变化时所发生的各种性能变化的方法。根据要检测不同的物质性能的变化，热分析技术可以分类为几种不同的热分析技术。 图1热分析仪器的示意图
热分析应用
武汉理工大学 热分析技术应用综述 课程名称：材料热分析技术 学院：材料学院 班级：建材院委培生 学号： 姓名：吴帅 摘要对热分析技术进行了介绍,并综述了近年来热分析技术在工业方面、食品分析、高分子及复合材料检测等领域的应用情况。
关键词热分析技术；工业方面；食品分析；高分子及复合材料检测 1 热分析技术概述 热分析技术作为一种科学的实验方法，在无机、有机、化工、冶金、医药、食品、塑料、橡胶、能源、建筑、生物及空间技术等领域被广泛应用。它的核心就是研究物质在受热或冷却时产生的物理和化学的变迁速率和温度以及所涉及的能量和质量变化。国际热分析协会(ICTA)对热分析技术作了如下定义：热分析是在程序温度控制下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。这里所说的“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。这里的“物质”指试样本身和(或)试样的反应产物，包括中间产物。上述物理性质主要包括质量、温度、能量、尺寸、力学、声、光、热、电等。根据物理性质的不同，建立了相对应的热分析技术，ICTA 命名委员会对热分析技术进行了分类，具体见表1-1。 表1-1 热分析技术分类 热分析技术的优点主要有下列几方面：(1)可在宽广的温度范围内对样品进行研究：(2)可使用各种温度程序(不同的升降温速率)；(3)对样品的物理状态无特
殊要求；(4)所需样品量可以很少(0.1μg～10mg)；(5)仪器灵敏度高(质量变化的精确度达10-5)；(6)可与其他技术联用；(7)可获取多种信息。 2 热分析技术在工业领域的应用 2.1 热分析在炸药研制过程中的应用 炸药是一种相对稳定的平衡体系，在一定外界条件作用下能够发生高速化学反应，释放出巨大的热能，产生大量的气体，其整个反应是一个复杂的、伴随着吸热和放热过程的物理化学变化。热分析是测量炸药物性参数对温度依赖性的有关技术的总称。在炸药热分析中，除了测定其在热作用下的热行为外，更重要的是利用热分析方法来对其反应动力学进行研究，并根据动力学参数以及炸药在各种温度下的热行为，探讨和确定炸药在研制、生产和使用中的最佳条件(工艺条件和环境条件)，以为确保这些过程的安全性、可靠性提供重要的实验和理论依据。因此，炸药的热分析在炸药研制过程中具有重要的意义和关键性的作用。 2.2 热分析在遥感卫星设计上的应用 作为卫星热设计的重要步骤，热分析主要用于检验热设计是否将卫星温度控制在所要求的范围内。卫星热分析主要包括热网络模型建立、外热流计算、温度场分析和热分析模型修正等内容。选取合理的建模方法，通过简化，精确地反映卫星各部件与环境的热交换是热分析建模的基本原则。近年来，我国的卫星热分析技术取得了快速进展，其主要标志是：配备并完善了热分析软件；热分析计算贯穿热设计的全过程[1]。卫星热分析与热试验温度偏差一般可控制在5～10 ℃，已基本满足卫星工程设计的需求。目前，进一步提高热分析模型精度的主要方法是利用热平衡试验数据进行热分析模型修正[2]。实践表明：由于热分析模型针对的飞行状态与热平衡试验状态并不一致，直接利用热试验结果修正热模型往往无法获得预期效果。因此，有必要分析卫星热平衡试验与在热分析结果存在差异的主要原因，并寻求合适的途径以实现热模型的有效修正。 2.3 热分析在铸造领域的应用 热分析方法开始应用于铸造领域时用于分析铸铁的化学成分[3]。但是现在已经广泛应用于工业界的是利用其来分析铝合金的晶粒细化和Al-Si合金中的Si 变质程度[4]。热分析方法还是常用于评价铁合金、铝合金等的凝固过程及凝固过
差热分析仪工作原理
差热分析仪原理及其应用 差热分析仪是通过加热过程中的吸热和放热的行为以及材料的重量变化来研究材料加热时所发生的物理化学变化过程。通常差热分析仪是材料科学方面的最基本的设备之一。 差热分析仪的组成 一般的差热分析仪由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也包括气氛控制系统和压力控制系统。现将各部分简介如下： 差热分析仪构造 差热分析的测定原理 差热分析是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始，峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。 差热分析仪主要由温度控制系统和差热信号测量系统组成，辅之以气氛和冷却水通道，测量结果由记录仪或计算机数据处理系统处理。 1.差热分析仪温度控制系统 该系统由程序温度控制单元、控温热电耦及加热炉组成。程序温度控制单元可编程序模拟复杂的温度曲线，给出毫伏信号。当控温热电
耦的热电势与该毫伏值有偏差时，说明炉温偏离给定值，由偏差信号调整加热炉功率，使炉温很好地跟踪设定值，产生理想的温度曲线。 2.差热分析仪差热信号测量系统 该系统由差热传感器、差热放大单元等组成。 差热传感器即样品支架，由一对差接的点状热电耦和四孔氧化铝杆等装配而成，测定时将试样与参比物（常用α-Al2O3）分别放在两只坩埚中，置于样品杆的托盘上，然后使加热炉按一定速度升温（如1 0℃·min-1）。如果试样在升温过程中没有热反应（吸热或放热），则其与参比物之间的温差ΔT＝0；如果试样产生相变或气化则吸热，产生氧化分解则放热，从而产生温差ΔT，将ΔT所对应的电势差（电位）放大并记录，便得到差热曲线。各种物质因物理特性不同，因此表现出其特有的差热曲线。 在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度的函数关系的仪器。由程序控制部件、炉体和记录仪组成，可电脑控制，打印试验报告。 1差热分析在确定水泥水化产物中的应用 不同品种的水泥在水化过程中得到的水化产物是不同的，即使是同种水泥，由于生产或水化过程的环境、条件不同，得到的水化产物的品种及数量也不尽相同。不同的水化产物在加热过程中脱水、分解的温度各不相同，体现在DTA曲线上就会在不同温度下出现不同的峰和谷。对某普通硅酸盐水泥水化28d的DTA曲线研究可以看出，D TA曲线上的103℃、123℃、140℃、464℃、710℃和25℃处都出现了吸热峰。在103℃出现吸热峰的同时伴随有1.31％的失重，这是水化试样脱去游离水的过程。继续加热，在123℃、140℃、464℃、71 0℃出现的吸热峰则分别是C—S—H凝胶脱水、水化硫铝酸钙(Art)脱
聚合物的差热分析及应用实验报告
实验六聚合物的差热分析及应用 差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术，简称DTA（Differential ThermaI Analysis），是热分析法的一种。在DTA基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试祥相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术，简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。试样在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，这些热效应均可用DTA、DSC进行检测。 DTA、DSC在高分子科学领域方应用十分广泛。比如在研究聚合物的相转变；测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D、等温结晶动力学参数；测定玻璃化转变温度T g；研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应；测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等方面均发挥重要作用。 一、实验目的与要求 1、掌握DTA、DSC的基本原理。 2、学会用DTA、DSC的测定聚合物的T g、T c、T m、X D。 二、实验原理 1、差热分析（DTA） 差热分析是对少量试样的热效应所进行的仪器分析技术（图6－1 DTA示意图）。 图6-1 DTA示意图 S—试样；R—参比物；E—电炉； 1—温度程序控制器；2—气氛控制；3—差热放大器；4—记录仪 图6-2 DTA曲线 当试样与参比物（在所研究的温度范围内不发生热效应的物质，常用的有石英粉、硅油、α－氧化铝等）分别放在两个坩埚内，再将两个坩埚放在同一金属板的两个托盘上，然后将它们置于加热炉中，加热炉按程序控制等速升温（或降温），在此变温过程中，试样如果没有热效应，则与参比物之间的温差ΔT= 0；若在某一温度范围内，试样发生变化时，则放出或吸收能量，这种热效应将使试样温度改变，而此时参比物并无温度变化，即导致温差ΔT 发生。如用热电偶测量并放大热电势信号、记录，可得图6-2所示DTA峰形曲线。在DTA 曲线上，由峰的位置可确定发生热效应的温度，由峰的面积可确定热效应的大小，由峰的形状可了解有关过程的动力学特性。并且已知图6-2中峰BCD的面积A和热效应ΔQ有如下
(整理)热分析技术在LC、LCP及LCD中的应用
热分析技术在LC 、LCP 及LCD 中的应用 液晶（LC）和液晶高分子（LCP）通常是指在一定温度范围内呈现介于固相和液相之间的中间相的有机化合物。在这中间相，它既具有液体又具有晶体的特性；其颜色和透明度可随外界条件（如温度，电场，磁场，吸附气体等）变化而变化。LC 和LCP 这些不寻常的性质已经在液晶显示材料（LCD）中得到了广泛的实际应用，是近十几年来高分子材料研究的热点。而热分析技术是通过测试材料随温度或时间而变化的物理和化学性能来对其进行表征的一系列技术。由此可见热分析技术是进行LC、LCP 和LCD 研究和质量控制必不可缺的基本手段之一，其应用也愈来愈广泛和深入。 DSC 的应用 DSC 是在程序控制温度下，测量输入到物质和参比物的热流差与温度（时间）关系的一种技术。由于DSC 不仅能准确测定LC、LCP 和LCD 的相变温度、结晶温度、熔融温度和玻璃化转变温度；而且能定量地量热，测定各种热力学参数（如热焓熵和比热）和动力学参数，灵敏度高和工作温度可以很低，因此DSC 在LC、LCP、LCD 中的研制和生产中的应用是最宽的。 1. 液晶的相变 由于LC、LCP、LCD 具有复杂的中间相，其相变过程也很复杂，并且有些相变过程的热效应也很小，属于微弱的一级相变，因此对DSC 的灵敏度和量热的准确性提出了很高的要求。否则有些相变过程就会因测量不到而被忽略。METTLER-TOLEDO 公司的DSC822e 结合了静态量热计量热准确和DSC 技术少量快速的优点，采用独特的卡尔文热电堆热流传感器，具有比同类产品高得多的检测灵敏度和准确性（见图1），图中的液晶样品在冷却曲线上中间相的焓变和温度范围都很小，但经信号放大后能清晰可见），信号时间常数短，分峰能力强，噪声低。并且配合该公司的FP84 热台偏光显微镜的使用是表征LC、LCP、LCD相变的最简单有效的方法。图1
差热分析问题1
差热分析 小组成员（邓静詹孝军杨盼）一．预习提问 1.简述差热分析的基本原理. 答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中,凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。 2.差热分析中如何判断物质发生了变化 答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化 3.差热分析中如何选择参比物？ 答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质，以提高准确性。 4.实验中，作温度工作曲线的目的是什么？ 答：目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度，以准确快速的测出物质在相应温度下产生的
热效应。 5.差热曲线主要受哪些实验条件的影响 答：（1）仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记录系统精度、走纸速率等。（2）试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。（3）实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。 二．思考题 1. 简述差热分析的基本原理. 答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中,凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。 2.差热分析中如何判断物质发生了变化 答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化 3.差热分析中如何选择参比物？ 答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。
热分析技术及其在高分子材料研究中的应用
第33卷第3期2008年9月 广州化学 Guangzhou Chemistry V ol.33, No.3 Sept., 2008 热分析技术及其在高分子材料研究中的应用 翁秀兰1,2 （1. 福建师范大学化学与材料学院，福建福州350007； 2. 福建省高分子材料重点实验室，福建福州350007） 摘要：简要介绍了热分析技术——热重法、差热分析、差示扫描量热法、热机械分析法和动态 机械热分析法等及其在高分子材料领域的广泛应用。热分析技术的方法具有快速、方便等优点， 在高分子材料的研究中发挥着重要作用。 关键词：热分析；高分子材料；应用 中图分类号：O657.99 文献标识码：A 文章编号：1009-220X(2008)03-0072-05 热分析技术是在程序控制温度下测量样品的性质随温度或时间变化的一组技术，它在定性、定量表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛地应用。热分析技术已渗透到物理、化学、化工、石油、冶金、地质、建材、纤维、塑料、橡胶、有机、无机、低分子、高分子、食品、地球化学、生物化学等各个领域。 在高分子材料研究领域，随着高分子工业的迅速发展，为了研制新型的高分子材料与控制高分子材料的质量和性能，测定高分子材料的熔融温度、玻璃化转变温度、混合物的组成、热稳定性等是必不可少的[1-2]。在这些参数的测定中，热分析是主要的分析工具。 热分析技术主要包括：热重分析法（TG）、差热分析法（DTA）、差示扫描量热法（DSC）、热机械分析法（TMA）、动态热机械分析法（DMA）等。本文简要介绍了热分析技术及其发展前景及其在高分子材料研究领域的应用。 1 TG及其在高分子材料方面的应用 热重法（TG）是在程序温度控制下测量试样的质量随温度或时间变化的一种技术。热重分析主要研究在惰性气体中、空气中、氧气中材料的热的稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化；还广泛用于研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣，吸附、吸收和解吸，气化速度和气化热，升华速度和升华热；有填料的聚合物或共混物的组成等[3]。 1.1 高分子材料的组分测定 热重法测定材料组分，方法简便、快速、准确，经常用于进行高分子材料组分分析。通过热重曲线可以把材料尤其是高聚物的含量、含碳量和灰分测定出来，而对于高分子材料的混合物，如果各组分的分解温度范围不同的话，则可以利用TG来确定各个组分的含量[4]。 收稿日期：2007-11-13 作者简介：翁秀兰（1980－），女，福建福清人，研究实习员，负责热分析仪器及从事光催化研究。
差热分析
学号：201014400116 成绩： 基础物理化学实验 实验名称：差热分析 10级冶金班8组 实验人姓名：何婉芳 同组人姓名：黄波邵雪村樊星亚 指导老师：周崇松 实验日期：2012-12-13
湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的： 1. 用差热仪绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。 3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。 二、实验原理： 物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。差热分析(Differentiai Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。差热分析仪的结构如图5-1所示。 它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，
见图5-1)。A、B两端引入记录笔1，记录炉温信号。 若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中T；A、C 端引入记录笔2，记录差热信号。若样品不发生任何变化，样品和参比物的温度相同，两支热电偶产生的热电势大小相等，方向相反，所以ΔVAC＝0，笔2划出一条直线，如图5-2中AB、DE、GH段，是平直的基线。反之，样品发生物理化学变化时，ΔVAC≠0，笔2发生左右偏移(视热效应正、负而异)，记录下差热峰如图5-2中BCD、EFG所示。两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。 图5-2典型的差热分析 从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图5-2中TB)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。
热分析技术
热分析技术 1 热分析技术的类别 1.1 热重分析( TGA) 热重分析法是在程序控制温度下，测量物质的重量与温度关系的一种技术[6]。记录重量变化对温度的关系曲线称热重曲线(TG曲线)，热重曲线是在氮气流或其他惰性气流下，由于挥发性杂质失去，导致重量减失，以温度为横坐标，重量为纵坐标绘制的图谱，为便于观察，也采用其微分曲线，称为微分热重分析( D/TG)。热重分析仪由装在升温烘箱中的微量天平组成。此天平应对温度不发生称量变化，保证在长期程序升温时测量稳定。 1.2 差热分析( DTA) 对供试品与热惰性参比物进行同时加热的条件下，当供试品发生某种物理的或化学的变化时，由于这些变化的热效应，使供试品与参比物之间产生温度差。在程序控制温度下，测定供试品与参比物之间温度差与温度(或时间)关系的技术称为差热分析。 1.3 差示扫描量热分析( DSC) DSC是在DTA基础上发展起来的一种热分析方法[7-9]。测量输给供试品与参比物热量差(dQ/dT)与温度(或时间)关系的技术成为差示扫描量热分析。在DTA 中，是样品与参比物，在温度变化时热量的变化对样品温度作图，而在DSC中为保持样品与参比物相同温度所需输入能量的差异与样品的温度作图，其精密度与准确度均高于DTA。在DSC仪器中，样品和参比物的支架是热互相隔离的，各自固定在自己的温度传感器及加热器上，样品和参比物放在支架内的金属小盘中，在程序升温过程中，当样品熔融或挥发时，样品与参比物需要保持温度一致所需的能量不同，在DSC 图谱中，纵坐标为热量差，横坐标为温度，峰面积为样品的转换能，正峰与负峰分别为吸热峰与放热峰，峰面积与热焓成比例。 2 热分析技术在中药及其制剂质控中的应用 2.1 药物纯度的测定 药物纯度的测定是药品质量控制的重要内容之一。热分析技术用于中药纯度的测定有其独特的优点，如样品用量少且一般不需预处理等。但也有一定的要求，即样品的纯度>97%。然而在具体的操作方法上，可采用相应的措施使该技术能用于成分复杂的中药及制剂纯度的测定。由于试样量极少，故只需用少量标准品便可完成纯度测定。例如，粉防己甲素和熊果酸这些从中药材提得的药品，目前尚无其它合适的定量分析方式。杨腊[10]虎用DSC法成功地进行了纯度分析，并在测得药品总杂质含量的同时，还可获得各药物的准确熔点。 2.2 药物赋形剂筛选和组分分析
热分析技术的表征应用
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 前言 (2) 1 热分析技术综述 (2) 1.1 差示扫描量热法（DSC） (3) 1.2 差示热分析法（DTA） (3) 1.3 热重法（TGA） (3) 1.4 热机械法（DMA） (3) 2热分析技术的表征应用综述 (4) 2.1热分析技术在化合物表征中的应用 (4) 2.2 热分析技术在食品分析研究中的应用 (4) 2.2.1 食品的水含量及玻璃态转变温度Tg的测定 (4) 2.2.2 蛋白质、淀粉、脂类的研究 (5) 2.3 热分析技术在药品检验中的应用 (5) 2.3.1 药品的纯度、熔点测定 (6) 2.3.2 药品溶剂化物及水成分的确定 (6) 2.3.3 药品的相容性和稳定性测定 (6) 2.3.4 药物多晶型及差向异构体的分析 (7) 2.3.5 制剂辅料相容性考察 (7) 2.4 热分析技术在催化研究中的应用 (7) 2.4.1 金属和金属氧化物催化剂中的应用 (7) 2.4.1.1 催化剂失活研究 (7) 2.4.1.2 非晶态合金催化剂热稳定性研究 (7) 2.4.2 沸石分子筛与多孔材料研究中的应用 (8) 2.4.2.1 沸石分子筛催化剂的积炭行为研究 (8) 2.4.2.2 沸石分子筛吸附性能的研究 (8) 2.5 热分析技术高分子材料研究中的应用 (8) 2.5.1 TG在高分子材料方面的应用 (8) 2.5.1.1 高分子材料的组分测定 (8) 2.5.1.2 高分子材料中挥发性物质的测定 (9) 2.5.1.3 高分子材料的热稳定性研究 (9) 2.5.2 DTA在高分子材料方面的应用 (9) 2.5.3 DSC在高分子材料方面的应用 (9) 2.5.4 DMA在高分子材料方面的应用 (9) 2.5.4.1 高分子共混材料相容性的表征 (9) 2.5.4.2 表征高聚物材料阻尼特性 (10) 3 结语 (10) 参考文献： (10)
差热分析仪原理及其应用
差热分析仪原理及其应用 姓名：薛燕红学号：201120181037 班级：SJ1159 差热分析仪是通过加热过程中的吸热和放热的行为以及材料的重量变化来研究材料加热时所发生的物理化学变化过程。通常差热分析仪是材料科学方面的最基本的设备之一。 差热分析仪的组成 一般的差热分析仪由加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也包括气氛控制系统和压力控制系统。现将各部分简介如下： 差热分析仪构造 差热分析的测定原理 差热分析是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始， 峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。 1差热分析在确定水泥水化产物中的应用 不同品种的水泥在水化过程中得到的水化产物是不同的，即使是同种水泥，由于生产或水化过程的环境、条件不同，得到的水化产物的品种及数量也不尽相同。不同的水化产物在加热过程中脱水、分解的温度各不相同，体现在DTA 曲线上就会在不同温度下出现不同的峰和谷。图1为某普通硅酸盐水泥水化28d 的DTA曲线
《差热分析》报告
实验二差热分析 姓名________ 学号________ 院系________
差热分析 一引言 差热分析(Differential Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。本文通过实验讨论了如何分析DTA的结果以获得有效的信息，并阐述了影响差热分析效果的各种因素。 二实验原理 物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。差热分析（DTA）是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。DTA曲线是描述试样与参比物之间的 温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。在DTA实验中，试样温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。如：相转变、熔化、结晶结构的转变、升华、蒸发、脱氢反应、断裂或分解反应、氧化或还原反应、晶格结构的破坏和其它化学反应。一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化等反应产生放热效应。
图1差热分析的原理图（1-参比物; 2-试样; 3-炉体; 4-热电偶） 图2 试样和参比物的升温曲线 DTA 的原理如图1所示。将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率ν＝d T /d t 进行程序升温，以T s 、T r 表示各自的温度，设试样和参比物（包括容器、温差电偶等）的热容量C s 、C r 不随温度而变。则它们的升温曲线如图2所示。 若以ΔT =T s －T r 对t 作图，所得DTA 曲线如图3所示，在0-a 区间，ΔT 大体上是一致的，形成DTA 曲线的基线。随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，则与参比物间的温差变大，在DTA 曲线中表现为峰。显然，温差越大，峰也越大，试样发生变化的次数多，峰的数目也多，所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质，而峰面积与热量的变化有关。 图3 DTA 吸热转变曲线 在热量测量中应用的最为广泛的计算式是Speil 式： t 2a t1s m H A Tdt=g λ?=?? 式中ma 是试样中活性物的质量，△H 是试样中活性物的焓变，g 是与仪器有关的系数，反映了仪器的几何形状试样和参比物在仪器中安置的方式对热传导的影响，λs 是试样的热导系数，△T 是试样和参比物的温度差，当g 和s 作为常数处理时上式可以改写为：
热分析方法的多种联用
热分析方法的多种联用 热分析是表征材料的基本方法之一，多年以来一直广泛应用于科研和工业中。近年来在各个领域，都有了长足发展。根据DIN EN ISO 9000 标准，热分析仪器已经成为QA/QC、工业实验室和研究开发中不可缺少的设备。 热分析是测量物质的物理或化学参数对温度的依赖关系的一种分析方法。热分析可应用于成分分析（如无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究），稳定性测定（如物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等），化学反应的研究（如固-气反应研究、催化性能测定、反应动力学研究、反应热测定、相变和结晶过程研究），材料质量测定（如纯度测定、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命测定）以及环境监测（研究蒸汽压、沸点、易燃性等）。热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析可用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化学现象。快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表征及结构性能等。 目前，热分析仪器发展的一个趋势是将不同仪器的特长和功能相结合，实现联用分析，扩大分析范围。一般来说，每种热分析技术只能了解物质性质及其变化的某些方面，而一种热分析手段与别的热分析段或其它分析手段联合使用，都会收到互相补充，互相验证的效果，从而获得更全面更可靠的信息。如DTA-TG、DSC-TG、DSC-TG-DTG、DTA-TMA、DTA-TG-TMA等的综合以及TG与气相色谱（GC）、质谱（MS）、红外光谱（IR）等仪器的联用分析，热分析联用种类有很多，下面举几例加以简单说明。 热重分析法(Thermogravimetric Analysis.简称TG)是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，这种变化过程有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。热重分析法通常可分为两大类：静态法和动态法。静态法是等压质量变化的测定，是指一物质的挥发性产物在恒定分压下，物质平衡与温度T的函数关系。以失重为纵坐标，温度T为横坐标作等压质量变化曲线图。等温质量变化的测定是指一物质在恒温下，物质质量变化与时间t的依赖关系，以质量变化为纵坐标，以时间为横坐标，获得等温质量变化曲线图。动态法是在程序升温的情况下，测量物质质量的变化对时间的函数关系。热重法实验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线) 如图1曲线a所示。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。
浅谈热分析技术及其应用
浅谈热分析技术及其应用 （学号：0908321083姓名：吕夏燕） 热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。在加热或冷却的过程中，随着物质的结构、相态、化学性质的变化都会伴随相应的物理性质变化。这些物理性质包括质量、温度、尺寸等性质。根据测量物质的物理性质的不同，热分析方法的种类是多种多样的。如：差热分析(DTA) 、热重分析(TG) 、差示扫描量热(DSC) 和热机械分析( TMA、DMA) 等。在热分析技术中，应用得最为广泛的是热重法、差热分析与差示扫描量热法。 DSC（DSC - Differential Scanning calorimeters），DSC 全称差示扫描量法，分为功率补偿式（Power Compensation ）和热流式（Heatflow ）。其中功率补尝式DSC的测量原理是给被测样品和参比物样品放在同一环境中同时加温。加温过程中，当被测物由于发生物理性变，产生吸热或放热反应引起两个样品温度有差别时，通过及时给较低温度的样品加热，补偿功率的方法达到两样品时时保持相同温度。功率补偿式DSC 在定量测量热量方面比差热分析法好得多，能够直接从曲线峰面积中得到试样放热量（或吸热量），而且分辨率高，测得的化学反应动力学参数与纯度比差热分析法更精确。 TG(Thermogravimetric Analyzers) 热重分析法，热重分析法是在程序控制温度下，测量温度的质量与温度的关系的技术。用来进行热重分析的仪器一般称为热天平。它的测量原理是在给被测物加温过程中，由于物质的物理或化学特性改变，引起质量的变化，通过记录质量变化时程序所走出的曲线，分析引起物质特性改变的温度点，以及被测物在物理特性改变过程中吸收或者放出的能量，从而来研究物质的热特性。 DTA（Microcumputer Differential Thermal Analyzers）差热分析法，差热分析法是应用最广泛的一种热分析技术，它是在程序控制温度下，建立被测量物质和参比物的温度差与温度关系的技术。其测量原理是将被测样品与参考样品同时放在相同的环境中同时升温，其中参考样品往往选择热稳定性很好的物质，同时给两种样品升温过程中，由于被测样品受热发生特性改变，产生吸、放热反应，引起自身温度变化，使得被测样品和参考样品的温度发生差异。用计算机软件描图的方法记录升温过程和升温过程中温度差的变化曲线，最后获取温度