熱重分析儀(TGA)分析工作原理及應用領域

 

分析方法

 

當被測物質在加熱過程中有升華、汽化、分解出氣體或失去結晶水時，被測的物質質量就會發生變化。這時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在多少度時產生變化，并且根據失重量，可以計算失去了多少物質，（如CuSO4·5H2O中的結晶水）。從熱重曲線上我們就可以知道CuSO4·5H2O中的5個結晶水是分三步脫去的。通過TGA實驗有助于研究晶體性質的變化，如熔化、蒸發、升華和吸附等物質的物理現象；也有助于研究物質的脫水、解離、氧化、還原等物質的化學現象。熱重分析通常可分為兩類：動態(升溫)和靜態(恒溫)。

熱重法試驗得到的曲線稱為熱重曲線(TG曲線)，TG曲線以質量作縱坐標，從上向下表示質量減少；以溫度(或時間)作橫坐標，自左至右表示溫度(或時間)增加。

 

工作原理

 

熱重分析儀主要由天平、爐子、程序控溫系統、記錄系統等幾個部分構成。

常用的測量的原理有兩種，即變位法和零位法。所謂變位法，是根據天平梁傾斜度與質量變化成比例的關系，用差動變壓器等檢知傾斜度，并自動記錄。零位法是采用差動變壓器法、光學法測定天平梁的傾斜度，然后去調整安裝在天平系統和磁場中線圈的電流，使線圈轉動恢復天平梁的傾斜，即所謂零位法。由于線圈轉動所施加的力與質量變化成比例，這個力又與線圈中的電流成比例，因此只需測量并記錄電流的變化，便可得到質量變化的曲線。

 

分析應用

 

熱重法的重要特點是定量性強，能準確地測量物質的質量變化及變化的速率，可以說，只要物質受熱時發生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法所測的性質包括腐蝕，高溫分解，吸附/解吸附，溶劑的損耗，氧化/還原反應，水合/脫水，分解，黑煙末等，目前廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料與復合材料等各領域的研究開發、工藝優化與質量監控。

 

具體包括：

 

無機物、有機物及聚合物的熱分解；金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程；固態反應；礦物的煅燒和冶煉；液體的蒸餾和汽化；煤、石油和木材的熱解過程；含濕量、揮發物及灰分含量的測定；升華過程；脫水和吸濕；爆炸材料的研究；反應動力學的研究；發現新化合物；吸附和解吸；催化活度的測定；表面積的測定；氧化穩定性和還原穩定性的研究；反應機制的研究。