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　　項目簡介

　　熱分析是測量材料熱力學(xué)參數(shù)或者物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系，并對這種關(guān)系進行分析的一種技術(shù)方法。所謂熱分析，指通過控制樣品溫度的改變，來分析其相應(yīng)物理化學(xué)性質(zhì)的改變。

　　常見項目

　　熱重分析測試(TG)：使樣品處于一定的溫度程序(升/降 /恒溫)控制下，觀察樣品的質(zhì)量隨溫度或時間的變化過程，獲取失重比例、失重溫度(起始點， 峰值，終止點...)、以及分解殘留量等相關(guān)信息。TG 方法廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、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。可以測定材料在不同氣氛下的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性，可對分解、 吸附、解吸附、氧化、還原等物化過程進行分析，包括利用 TG 測試結(jié)果進一步作表觀反應(yīng)動力學(xué) 研究。可對物質(zhì)進行成分的定量計算，測定水分、揮發(fā)成分及各種添加劑與填充劑的含量。

　　差示掃描量熱法(DSC)：使樣品處于一定的溫度程序(升/降/恒溫)控制下，觀察樣品端和參比端的熱流功率差隨溫度或時間的變化過程，以此獲取樣品在溫度程序過程中的吸熱、放熱、比熱變化等相關(guān)熱效應(yīng)信息，計算熱效應(yīng)的吸放熱量(熱焓)與特征溫度(起始點，峰值，終止點...)。DSC 方法廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑、醫(yī)藥、食品、生物有機體、無機材料、金屬材料與復(fù)合材料等各類領(lǐng)域，可以研究材料的熔融與結(jié)晶過程、玻璃化轉(zhuǎn)變、相轉(zhuǎn)變、液晶轉(zhuǎn)變、固化、氧化穩(wěn)定性、反應(yīng)溫度與反應(yīng)熱焓，測定物質(zhì)的比熱、純度，研究混合物各組分的相容性，計算結(jié)晶度、反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)等。

　　同步熱分析測試(TG-DSC)：將熱重分析 TG 與差示掃描量熱 DSC結(jié)合為一體，在同一次測量中利用同一樣品可同步得到質(zhì)量變化與吸放熱相關(guān)信息。

　　熱重-差熱分析(TG-DTA)：DTA是差熱分析法(Differential Thermal Analysis)的簡稱。是以某種在一定實驗溫度下不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)和物理變化的穩(wěn)定物質(zhì)(參比物)與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較，未知物的任何化學(xué)和物理上的變化，與和它處于同一環(huán)境中的標準物的溫度相比較，都要出現(xiàn)暫時的增高或降低。TG-DTA是將熱重分析 TG 與差熱分析 DTA結(jié)合為一體，在同一次測量中利用同一樣品可同步得到質(zhì)量變化與吸放熱相關(guān)信息。

　　結(jié)果展示

　　1、TG數(shù)據(jù)：原始txt或excel格式中橫坐標溫度(℃)或時間(min);縱坐標質(zhì)量或失重百分比(%);圖片/PDF格式默認導(dǎo)出橫坐標為溫度的譜圖(注意：通常儀器存在1-2%的理論誤差;對于不失重和100%失重的樣品，曲線會存在一定波動，可通過后期處理數(shù)據(jù)進行平滑)

　　2、DTG數(shù)據(jù)：即TG數(shù)據(jù)的一階微分;縱坐標TG的微分結(jié)果(單位1/min、1/℃或者%/min、%/℃，可相互轉(zhuǎn)換，其中1和%之間換算除以100，/min和/℃換算除以升溫速率);DTG的峰對應(yīng)TG曲線的失重臺階，峰值溫度代表失重速率z大的溫度;

　　3、DSC數(shù)據(jù)，單位mW/mg，圖中標注有吸熱或放熱方向的圖示(“?放熱”“^exo”“exo up”表示向上為放熱)，圖中可標注吸放熱峰起始溫度、峰值溫度及積分面積，即焓變，單位J/g;(注意：積分區(qū)間大小影響積分面積結(jié)果，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整，如果覺得不合適，請?zhí)峁┚唧w溫度區(qū)間，我們可根據(jù)要求進行調(diào)整)

　　常見問題

　　1. TG曲線中DTG曲線的含義?

　　DTG為TG的一次微分曲線, 不少物質(zhì)失重過程相對應(yīng)溫度范圍相當寬，這給利用TG法鑒別未知化合物帶來困難，特別當兩個化合物的分解溫度范圍比較接近時尤其如此。采用微商熱重法可以解決這一問題。DTG的曲線表示質(zhì)量隨時間的變化率(dm/dt)與溫度(或時間)的函數(shù)關(guān)系：dm / dt = f ( T ) 或f ( t )，DTG曲線的峰頂為d2m/dt2=0，對應(yīng)于TG曲線的拐點，即失重速率的z大值;DTG曲線上的峰數(shù)對應(yīng)于TG曲線上的臺階數(shù)，即失重的次數(shù);DTG曲線的峰面積正比于失重量，可用于計算失重量。新型的熱重分析儀都配有質(zhì)量微分單元，可直接記錄DTG曲線;

　　2. 升溫速率過快對數(shù)據(jù)有什么影響?

　　升溫過快，反應(yīng)來不及發(fā)生，會導(dǎo)致反應(yīng)/相變溫度滯后，反應(yīng)向高溫區(qū)移動，同時反應(yīng)溫度區(qū)間變寬;如果是多個反應(yīng)/相變，TG的失重臺階以及DSC的吸放熱峰會重疊，也就是譜圖分辨率降低;

　　3. 熱分析測試中幾種坩堝的區(qū)別?

　　Al2O3坩堝：對絕大多數(shù)樣品比較穩(wěn)定，不與樣品發(fā)生反應(yīng)，且在室溫到1650℃范圍內(nèi)，Al2O3坩堝沒有熱反應(yīng)，Al2O3坩堝的熔點超過1700℃，可以重復(fù)使用，但清洗過程稍微麻煩。

　　Al坩堝：只能進行低溫實驗，溫度不能超過600℃，因為鋁坩堝的熔點為600℃。鋁坩堝的熱傳導(dǎo)很好，坩堝臂及底部均較薄，所以測試的同步DSC 信號較好。

　　Pt坩堝：具有很好的導(dǎo)熱性能，與Al2O3坩堝相比，可以獲得較好的同步DSC測試結(jié)果。但是需要注意的是鉑有可能成為某些樣品的催化劑，所以使用前要仔細分析。鉑金坩堝的熔點在1770℃。進行高溫測試時，鉑金坩堝可能與某些金屬及化合物形成共熔點，坩堝的熔點降低，導(dǎo)致坩堝粘在傳感器上。

　　4. 樣品有失重，是否可以測試DSC?

　　樣品有分解或揮發(fā)，z好不要測試單獨的DSC，會污染設(shè)備。

　　備注：不含鹵素、氰基、異氰酸酯等的有機物，失重5%以內(nèi)可以進行測試，失重原因是小分子比較多造成，但是失重更高就需要注意了，除了使用微量樣品、加大掃氣、加快升溫速率，z好先在熱臺上觀察一下，如果有明顯發(fā)泡膨脹、冒煙發(fā)黑就不能升到這么高溫度;如果有條件的話，用密封鋁坩堝做，注意材料體系揮發(fā)物的性質(zhì)，避免有反應(yīng)的溶劑引入。(自行查找，供參考)

　　5. DSC峰不對稱是什么原因造成的?

　　一般說來影響DSC分析的幾個主要因素：樣品量、升溫速度、氣氛都會對峰形產(chǎn)生影響的，僅拿升溫速度來說：隨著升溫速度的增加，一般峰的起始溫度變化不大，而峰頂和峰結(jié)束溫度提高，峰形變寬，這樣就會導(dǎo)致峰形的不對稱或規(guī)整了;

　　6. 單獨DSC測試的樣品有什么要求，溫度怎么選擇?

　　若想做單獨DSC，要保證樣品不能分解，是密封坩堝，測試溫度要低于分解溫度(可通過TG數(shù)據(jù)判斷)，這樣才能保證樣品的測試結(jié)果和數(shù)據(jù)的精準。

　　7. 樣品發(fā)生相變，但DSC數(shù)據(jù)中沒有峰是什么原因呢?

　　(1)樣品量少，沒有達到儀器的檢測靈敏度;

　　(2)樣品本身有比熱變化(或其他反應(yīng))，比熱變化引起的熱流變化大于相變引起的熱流變化;

　　(3)儀器或者基線的問題;

　　8. DSC測試過程中，基線不平可能是什么因素影響的?

　　(1)樣品本身熱量的變化;

　　(2)反應(yīng)持續(xù)吸熱或者放熱，但是吸放熱的量很少，導(dǎo)致沒有明顯的峰，宏觀上就是基線不平;

　　(3)TG-DSC中DSC基線不平的情況會比單獨DSC要多;

　　9. 如何通過DSC測試得到固液相線?

　　把合金制備成兩組分不同比例的一個系列的合金樣品，然后測定差熱分析(DTA)或差示掃描量熱器(DSC)譜圖。

　　如合金兩組份A、B的體積分數(shù)分別為0，0.2，0.4，0.7，0.8，0.9，1.0,二元合金樣品在DSC譜儀上以8度/min溫速升溫，測定DSC譜。由譜知，應(yīng)該只有含A0%和100%的兩個純組分樣品呈現(xiàn)單一的熔融峰。其它合金樣品均為兩個熔融峰。

　　把實驗數(shù)據(jù)點標注在橫標是兩組份比、縱標是溫度的相圖中;z后把數(shù)據(jù)點連接成相線，從而繪制成相圖(虛線)展示在附圖右圖。“L”表示液相，“α”“β”表示固相的α相、β相。實線展示的是理論相線。

　　10.TG-DSC測試的初始溫度可否是20℃或者25℃?

　　熱分析初始溫度默認就是室溫，和當時的環(huán)境溫度相關(guān);冬季可以達到20-25℃，夏季一般開空調(diào)維持25-30℃左右;

　　11. TG-DSC曲線上放熱和吸熱怎么看?

　　通常數(shù)據(jù)中會有圖標，如↑放熱、↑吸熱、^exo、exo up等，通過標識確認;

　　12. 升溫速率過快對數(shù)據(jù)有什么影響?

　　升溫過快，反應(yīng)來不及發(fā)生，會導(dǎo)致反應(yīng)/相變溫度滯后，反應(yīng)向高溫區(qū)移動，同時反應(yīng)溫度區(qū)間變寬;如果是多個反應(yīng)/相變，TG的失重臺階以及DSC的吸放熱峰會重疊，也就是譜圖分辨率降低;

　　13. DTA和DSC的主要區(qū)別是什么?

　　針對聚合物：

　　DTA：定性測定Tg、Tm等，測定熱穩(wěn)定性、耐熱性、檢測氧化反應(yīng)、聚合反應(yīng)等其它;

　　DSC：定量測定熱化學(xué)測量△Hm、△He、比熱、動力學(xué)、分解、結(jié)晶△H聚合反應(yīng)。