什么是熱重分析（TGA）

熱重分析（TGA）在專業領域扮演著至關重要的角色。該技術通過精確測量樣品在受控溫度變化下的質量變化，來分析材料的熱穩定性、分解行為和成分分析。本文將對TGA的運作機制、樣品制備的關鍵步驟以及對常見疑問的解答。

工作原理

熱重分析技術監測材料在受控溫度環境中的質量變化。金鑒實驗室的TGA測試在恒定的升溫速率下進行，樣品被放置于高精度天平上，并置于受控氣氛和溫度程序中。隨著溫度的升高，樣品可能會經歷物理或化學變化，例如脫水、分解或氧化，這些變化會導致樣品質量的增加或減少。通過分析質量變化與溫度或時間的關系，可以獲取樣品的熱行為和反應機制的詳細信息。TGA數據通常以熱重曲線圖的形式展現，其中橫軸表示溫度（或時間），縱軸表示質量或質量變化率。

樣品制備：

將待測樣品制備成約5毫克，并均勻鋪展在坩堝底部，然后將坩堝置于TGA儀器的樣品室內。

氣體流速：

在測試過程中，以150毫升/分鐘的流速通入氣體（如氮氣或空氣），確保樣品在受控氣氛中進行測試。

溫度控制：

以一定的升溫速率（如10-20℃/分鐘）將溫度升至105℃，并保持5-10分鐘以去除樣品中的水分或其他揮發性成分。

持續升溫：

之后，以相同的升溫速率繼續升溫。對于易碳化樣品，通常升至800℃；對于其他樣品，可升至1000℃或更高。

數據記錄：

在整個升溫過程中，儀器連續記錄樣品的質量變化，生成質量-溫度曲線（TG曲線）。

樣品制備要求

粉末樣品：

樣品應在坩堝底部均勻鋪展成薄層，顆粒應盡可能細小，必要時可通過200目篩處理。

塊狀樣品：

建議將樣品切成薄片或碎粒，均勻分布于坩堝底部。

薄膜樣品：

使用空心鉆頭鉆取或沖取出直徑略小于坩堝內徑的圓片，完全覆蓋坩堝底部。

纖維樣品：

將纖維切成小段，均勻鋪展于坩堝底部。

液體樣品：

可使用小勺、小棒蘸取或使用微量注射器精確滴入所需量的液體。

通用要求：

樣品質量通常控制在5-20毫克之間，應均勻分布，避免堆積或結塊。

常見問題

DTG曲線的意義：

DTG是TG的一階導數曲線，表示質量變化速率與溫度（或時間）的關系。DTG曲線的峰值對應于TG曲線的拐點，即失重速率的最大值。

升溫速率的影響：

過快的升溫可能導致反應/相變溫度的滯后，反應溫度區間變寬，影響譜圖的分辨率。

氬氣氣氛下的重量變化：

惰性氣氛下初始階段的微增重可能是由于儀器基線的不穩定。

樣品量的影響：

樣品用量對實驗結果有影響，過少或過多的樣品量都會影響曲線的準確性和分辨率。

液體比熱容的測量：

TG曲線數據無法直接得到比熱容結果，通常需要使用量熱法、電學法等技術進行測量。

升溫速率與TG曲線精度：

溫度變化速率對熱分析曲線的基線和曲線精度都有影響，常用的升溫速率一般為10℃/分鐘。

應用案例

材料特性分析：

通過分析材料的分解模式，了解其組成和穩定性。

降解機制及反應動力學研究：

探討材料在特定條件下的降解過程和反應速率。

有機物含量測定：

定量分析樣品中有機成分的比例。

無機物含量測定

：定量分析樣品中無機成分的比例。