定義:在程序控制溫度下,測量物質質量與溫度關系的一種技術。
兩種類型: 1)等溫(或靜態)熱重法:恒溫;2)非等溫(或動態)熱重法:程序升溫/降溫
范圍:大多都是室溫~1100℃(1100℃以上需咨詢)
制樣要求:
1)可為粉末、塊狀樣品,20 mg左右,塊體樣品尺寸不要大于直徑3 mm,高2 mm(科學指南針);
2)粉末、塊狀樣品,≥10g(英格爾檢測);
3)粉末、塊狀樣品,粉末樣品10mg左右,塊狀樣品直徑不超過3mm,高不超過2mm,底面平整,質量不超過30mg,液體樣品1mL左右(e測試)。測試液體,需在測試溫度范圍內無有毒有害、污染性及還原性氣體放出,務必注明樣品熔點,含有鹵素(F、Cl、Br、I)以及S、P、酸根、含能等材料,會污染設備,需咨詢。
試樣量加大,試樣內部溫度梯度也加大,反應產生的氣體產物的擴散速率降低,因而會影響TG曲線的位置和形狀,所以一般在儀器靈敏度允許的范圍內,可采用盡可能少的試樣來進行實驗。
氣氛:一般為氮氣或氬氣吹掃。
坩堝選擇:
1)氧化鋁坩堝:這種坩堝適合于熱重測試,它可以測試到1600℃,清洗后可以重復使用;
2)鉑金坩堝:主要使用在測試溫度超過600℃的情況下。通常用于TGA測試或者同步DSC測試,鉑金坩堝可以測試到1600℃,需要注意的是金屬樣品可能與鉑金坩堝形成共熔合金,可能會熔穿坩堝,清潔后,鉑金坩堝可以被重復使用。
3)鋁坩堝:鋁坩堝在TGA和DSC實驗中使用只能進行低溫實驗,溫度不能超過600℃。
非常規升溫速率、非常規氣氛等,需要重做基線,每條基線按一個樣品收費。
注:一般進行熱重法測定不要采用太高的升溫速率,升溫速率越大溫度滯后越嚴重。建議:傳熱差的高分子物試樣一般用5~10 K/min,對傳熱好的無機物、金屬試樣可以用10~20K/min的升溫速率。
測試結果:熱重曲線(TG曲線)由TG實驗獲得的曲線,記錄質量變化對溫度的關系曲線。縱坐標是質量(從上向下表示質量減少) ,橫坐標為溫度或時間。
TG曲線特點:定量性強,能準確地測量物質的質量變化及變化的速率,不管引起這種變化的是化學的還是物理的。
(DTG曲線)
從熱重法可衍生出DTG熱重法(Derivative Thermogravimetry),它是TG曲線對溫度(或時間)的一階導數。縱坐標為dm/dt,橫坐標為溫度或時間
DTG曲線上出現的各種峰對應著TG線的各個重量變化階段。
DTG曲線的優點:
(1)能準確反映出起始反應溫度Ti,大反應速率溫度Te和Tf 。
(2)更能清楚地區分相繼發生的熱重變化反應,DTG比TG分辨率更高。
(3)DTG曲線峰的面積精確對應著變化了的樣品重量,較TG能更精確地進行定量分析。
(4)能方便地為反應動力學計算提供反應速率(dm/dt)數據。
(5)DTG與DTA(差熱分析)具有可比性,通過比較,能判斷出是重量變化引起的峰還是熱量變化引起的峰。TG對此無能為力。
熱重法(TG)測試的特點:
(1)程序控溫系統;
(2)高精度的重量與溫度測量及記錄系統;
(3)能滿足在各種氣氛和真空中進行測量的要求;
(4)能與其它熱分析方法聯用。
應用:
熱重法可精確測定物質質量的變化,定量分析。
熱重法大致可用于以下幾個方面:
物質的成分分析、物質的熱分解過程和熱解機理、在不同氣氛下物質的熱性質、相圖的測定、水分和揮發物的分析、升華和蒸發速率、氧化還原反應、高聚物的熱氧化降解、反應動力學研究等。
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