热重分析(Thermogravimetric Analysis,TG或TGA)是指在程序控制温度下,测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术。热重分析在高分子科学中有着广泛的应用,例如用来研究各种气氛下高分子材料的热稳定性和热分解作用、共聚物和共混物的分析、材料中添加剂和挥发物的分析、水分(含湿量)的测定、水解和吸湿性、吸附和解吸、气化速度和汽化热、升华速度和升华热、氯化降解、缩聚聚合物的固化程度、材料氧化诱导期的测定、使用寿命的预测等,还可以研究反应动力学。热重分析具有分析速度快、样品用量少的特点,TGA在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。热重分析在实际的材料分析中经常与其他分析方法联用,进行综合热分析,全面准确分析材料。
实验原理
热重分析法是在程序控温下,测量物质的质量与温度关系的一种技术。当前大多数热重分析仪一般由四部分组成:电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统(计算机)。通常,TGA谱图是由试样的质量残余率 Y (%)对温度 T 的曲线(称为热重曲线,TG)或试样的质量残余率 Y (%)随时间的变化率d Y /d t (%/min)对温度 T 的曲线(称为微商热重法,DTG)组成,如图41-1所示。
开始时,由于试样中残余小分子物质的热分解或热蒸发,出现少量的质量损失,损失率为(100- Y 1 )%;经过一段时间的加热后,温度升至 T 1 ,试样开始出现大量的质量损失,直至 T 2 ,损失率达( Y 1 - Y 2 )%;在 T 2 到 T 3 阶段,试样存在着其他的稳定相;然后,随着温度的继续升高,试样再进一步分解。图41-1中 T 1 称为分解温度,有时取 C 点的切线与 AB 延长线相交处的温度 T 作为分解温度,后者数值偏高。
正如其他分析方法一样,热重分析法的实验结果也受到一些因素的影响,加之温度的动态特性和天平的平衡特性,使影响TG曲线的因素更加复杂,但基本上可以分为两类。
(1)仪器因素:升温速率、气氛、支架、炉子的几何形状、电子天平的灵敏度以及坩埚材料。
(2)样品因素:样品量、反应放出的气体在样品中的溶解性、粒度、反应热、样品装填、导热性等。