熱分析是儀器分析的一個(gè)重要分支,它對(duì)物質(zhì)的表征發(fā)揮著不可替代的作用。熱分許歷經(jīng)百年的悠悠歲月,從礦物、金屬的熱分析興起,近幾十年來(lái),在高分子科學(xué)和藥物分析等方面煥發(fā)了勃勃生機(jī)。
熱重分析儀是在程序控溫和某一氣氛下測(cè)定樣品重量和重量變化率隨溫度的變化關(guān)系。一般用于確定樣品的分解和材料的穩(wěn)定性。也可用于測(cè)定樣品發(fā)生分解、 氧化、脫水、吸附等過(guò)程中的重量變化。在測(cè)試進(jìn)程中樣品支架下部連接的高精度天平隨時(shí)感知到樣品當(dāng)前的重量,并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)畫(huà)出樣品重量對(duì)溫度/時(shí)間的曲線(TG曲線)。
當(dāng)樣品發(fā)生重量變化(其原因包括分解、氧化、還原、吸附與解吸附等)時(shí),會(huì)在TG曲線上體現(xiàn)為失重(或增重)臺(tái)階,由此可以得知該失/增重過(guò)程所發(fā)生的溫度區(qū)域,并定量計(jì)算失/增重比例。若對(duì)TG曲線進(jìn)行一次微分計(jì)算,得到熱重微分曲線(DTG曲線),可以進(jìn)一步得到重量變化速率等更多信息。
紅色曲線:熱重(TG)曲線,表示了樣品在程序溫度過(guò)程中重量隨溫度/時(shí)間變化的情況,其縱坐標(biāo)為重量百分比,表示樣品在當(dāng)前溫度/時(shí)間下的重量與初始重量的比值。
綠色曲線:熱重微分(DTG)曲線(即dm/dt曲線,TG曲線上各點(diǎn)對(duì)時(shí)間坐標(biāo)取一次微分作出的曲線),表示重量變化的速率隨溫度/時(shí)間的變化,其峰值點(diǎn)表征了各失/增重臺(tái)階的重量變化速率最快的溫度/時(shí)間點(diǎn)。
對(duì)于一個(gè)失/增重步驟,較常用的可對(duì)以下特征點(diǎn)進(jìn)行分析:
TG曲線外推起始點(diǎn):TG臺(tái)階前水平處作切線與曲線拐點(diǎn)處作切線的相交點(diǎn),可作為該失/增重過(guò)程起始發(fā)生的參考溫度點(diǎn),多用于表征材料的熱穩(wěn)定性。
TG曲線外推終止點(diǎn):TG臺(tái)階后水平處作切線與曲線拐點(diǎn)處作切線的相交點(diǎn),可作為該失/增重過(guò)程結(jié)束的參考溫度點(diǎn)。
DTG曲線峰值:質(zhì)量變化速率最大的溫度/時(shí)間點(diǎn),對(duì)應(yīng)于TG曲線上的拐點(diǎn)。
殘余質(zhì)量:測(cè)量結(jié)束時(shí)樣品所殘余的質(zhì)量。
質(zhì)量變化:分析TG曲線上任意兩點(diǎn)間的質(zhì)量差,用來(lái)表示一個(gè)失重(或增重)步驟所導(dǎo)致的樣品的質(zhì)量變化。
另外,在軟件中還可對(duì)TG曲線的拐點(diǎn)(與DTG峰溫等同)、DTG曲線外推起始點(diǎn)(更接近于真正意義上的反應(yīng)起始溫度)、DTG曲線外推終止點(diǎn)(更接近于真正意義上的反應(yīng)結(jié)束溫度)等特征參數(shù)進(jìn)行標(biāo)示。
熱重分析儀廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控??梢詼y(cè)定材料在不同氣氛下的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性,可對(duì)分解、吸附、解吸附、氧化、還原等物化過(guò)程進(jìn)行分析,包括利用熱失重測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步作表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究??蓪?duì)物質(zhì)進(jìn)行成分的定量計(jì)算,測(cè)定水分、揮發(fā)成分及各種添加劑與填充劑的含量。