熱重分析(TG或TGA)是指在程序升溫條件下,測量待測樣品質量與溫度關系的熱分析技術,用于研究材料的熱穩定性和組成。是R&D常用的檢測方法和質量控制手段。在實際的材料分析中,熱重分析往往與其他分析方法相結合,進行綜合熱分析,對材料進行全面準確的分析。
熱重法的重要特點是定量性強,能準確測量物質的質量變化和變化率。可以說,只要物質受熱時重量發生變化,就可以用來研究其變化過程。
影響熱重分析測定結果的因素包括儀器因素、實驗條件和參數的選擇、樣品的影響因素等。
1、儀器的影響
(1)浮力的影響
a)熱平衡在熱區時,其組成部分排出的空氣重量在加熱過程中不斷減少,即浮力不斷減小,即樣品的性能不斷提高。
b)當熱平衡樣品周圍的大氣受熱變輕時,會向上上升形成向上的熱氣流,作用于熱平衡,相當于失重,稱為對流效應。
坩堝的影響
熱分析用坩堝(或樣品杯和樣品皿)的材料應對樣品、中間產品、終產品和大氣呈惰性,即它們不應具有反應活性或催化活性。
揮發和特殊再冷凝的影響
從樣品熱分析中逸出的揮發物可能會在熱平衡的其他部分再次冷凝,這不僅會污染食物,還會使測得的重量損失較低。當溫度進一步升高時,這些冷凝物可能會再次揮發,產生假失重,這將使熱重曲線變形,使測量不準確和重復。為了解決這個問題,可以向熱天平供應適量的氣體。
2.操作條件的影響
升溫速率的影響
這是決定TG的大因素。升溫速率越大,溫度滯后越嚴重,開始分解溫度Ti和結束分解溫度Tf越高。溫度范圍越寬。
熱重法測定一般不要用太高的升溫速率,一般傳熱差的聚合物樣品用5 ~ 10/min,傳熱好的無機和金屬樣品用10 ~ 20/min,動力學分析用較低。
大氣的影響
熱天平周圍的大氣對TG曲線的影響也非常顯著。
當在流動的氣氛中測量熱重時,流速、氣氛的純度、入口溫度等是否穩定對熱重曲線有影響。一般來說,高氣流速度有利于傳熱和逸出氣體擴散。降低熱分解溫度。對于真空和高壓熱平衡,大氣壓對TG也有很大影響。
樣品用量、粒度和裝載條件的影響
a)當樣品量較大時,內部需要很長時間才能達到分解溫度。b)樣品粒度對TG曲線的影響類似于劑量的影響。粒徑越小,反應面積越大,反應越容易、越快,TG曲線的Ti和Tf越低,反應區間越窄。
c)樣品裝載首先要求顆粒均勻,必要時進行篩分。