熱分析技術是在溫度程序控制下研究材料的各種轉變和反應，是一種十分重要的分析測試方法。常用的熱分析方法有：熱重法(TG/TGA)、差熱分析法（DTA）、差示掃描量熱法（DSC）。

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熱重分析法

熱重分析：TG或TGA

是指在程序控制溫度下測量待測樣品的質量與溫度變化關系的一種熱分析技術，用來研究材料的熱穩定性和組份。

TGA在研發和質量控制方面都是比較常用的檢測手段。熱重分析在實際的材料分析中經常與其他分析方法連用，進行綜合熱分析，全面準確分析材料。

原理

在溫度程序控制下，測量物質質量與溫度之間的關系的技術。這里值得一提的是，定義為質量的變化而不是重量變化是基于在磁場作用下，強磁性材料當達到居里點時，雖然無質量變化，卻有表觀失重。而熱重分析則指觀測試樣在受熱過程中實質上的質量變化。

熱重分析所用的儀器是熱天平，它的基本原理是，樣品重量變化所引起的天平位移量轉化成電磁量，這個微小的電量經過放大器放大后，送入記錄儀記錄；而電量的大小正比于樣品的重量變化量。

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。

TGA 可以得到樣品的熱變化所產生的熱物性方面的信息。

表征內容丨

熱重分析通常可分為兩類：動態法和靜態法。

丨靜態法：包括等壓質量變化測定和等溫質量變化測定。等壓質量變化測定是指在程序控制溫度下，測量物質在恒定揮發物分壓下平衡質量與溫度關系的一種方法。等溫質量變化測定是指在恒溫條件下測量物質質量與溫度關系的一種方法。

丨動態法：就是我們常說的熱重分析和微商熱重分析。微商熱重分析又稱導數熱重分析（Derivative Thermogravimetry，簡稱DTG），它是TG曲線對溫度(或時間)的一階導數。以物質的質量變化速率（dm/dt） 對溫度T(或時間t)作圖，即得DTG曲線。

技術應用

熱重分析法可以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；研究物質的脫水、解離、氧化、還原等物質的化學現象。 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。 目前，熱重法已在下述諸方面得到應用： (1)無機物、有機物及聚合物的熱分解； (2)液體的蒸餾和汽化； (3)煤、石油和木材的熱解過程； (4)含濕量、揮發物及灰分含量的測定； (5)脫水和吸濕；

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差熱分析法

差熱分析法：DTA

一種重要的熱分析方法，是指在程序控溫下，測量物質和參比物的溫度差與溫度或者時間的關系的一種測試技術。該法廣泛應用于測定物質在熱反應時的特征溫度及吸收或放出的熱量，包括物質相變、分解、化合、凝固、脫水、蒸發等物理或化學反應。廣泛應用于無機、硅酸鹽等領域。

原理

物質在受熱或冷卻過程中，當達到某一溫度時，往往會發生熔化、凝固、晶型轉變、分解、化合、吸附、脫附等物理或化學變化，并伴隨有焓的改變，因而產生熱效應，其表現為樣品與參比物之間有溫度差。

記錄兩者溫度差與溫度或者時間之間的關系曲線就是差熱曲線（DTA曲線）。

表征內容丨

從差熱圖上可清晰地看到差熱峰的數目、高度、位置、對稱性以及峰面積。

峰的個數表示物質發生物理化學變化的次數，峰的大小和方向代表熱效應的大小和正負，峰的位置表示物質發生變化的轉化溫度。

在相同的測定條件下，許多物質的熱譜圖具有特征性。因此，可通過與已知的熱譜圖的比較來鑒別樣品的種類。理論上講，可通過峰面積的測量對物質進行定量分析，但因影響差熱分析的因素較多，定量難以準確。

技術應用

凡是在加熱（或冷卻）過程中，因物理-化學變化 而產生吸熱或者放熱效應的物質，均可以用差熱分析法加以鑒定。其主要應用范圍如下： （1）含水化合物 對于含吸附水、結晶水或者結構水的物質，在加熱過程中失水時，發生吸熱作用，在差熱曲線上形成吸熱峰。 （2）高溫下有氣體放出的物質 一些化學物質，如碳酸鹽、硫酸鹽及硫化物等，在加熱過程中由于CO2、SO2等氣體的放出，而產生吸熱效應，在差熱曲線上表現為吸熱谷。不同類物質放出氣體的溫度不同，差熱曲線的形態也不同，利用這種特征就可以對不同類物質進行區分鑒定。 （3）礦物中含有變價元素 礦物中含有變價元素，在高溫下發生氧化，由低價元素變為高價元素而放出熱量，在差熱曲線上表現為放熱峰。變價元素不同，以及在晶格結構中的情況不同，則因氧化而產生放熱效應的溫度也不同。如Fe2+在340~450℃變成Fe3+。 （4）非晶態物質的重結晶 有些非晶態物質在加熱過程中伴隨有重結晶的現象發生，放出熱量，在差熱曲線上形成放熱峰。此外，如果物質在加熱過程中晶格結構被破壞，變為非晶態物質后發生晶格重構，則也形成放熱峰。

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差示掃描量熱法

差示掃描量熱法：DSC

現代熱分析是指在程序控溫下，測量物質的物理性質隨溫度變化的一類技術。人們通過檢測樣品本身的熱物理性質隨溫度或時間的變化，來研究物質的分子結構、聚集態結構、分子運動的變化測定材料的固液相線等。

原理

DSC是研究在溫度程序控制下物質隨溫度的變化其物理量（ΔQ和ΔH）的變化，即通過程序控制溫度的變化，在溫度變化的同時，測量試樣和參比物的功率差（熱流率）與溫度的關系。 應用最多的熱分析儀器是功率補償型DSC、熱流型DSC、差熱式DTA、熱重TG等。

技術應用

差示掃描量熱曲線(DSC曲線)是在差示掃描量熱測量中記錄的以熱流率dH/dt為縱坐標、以溫度或時間為橫坐標的關系曲線。 由非晶合金的DSC曲線可以得到下列的一些信息：(1)玻璃轉變溫度Tg；(2)晶化溫度Tx；(3)結構弛豫峰，并由結構弛豫峰可獲得低溫結構弛豫和高溫結構弛豫，以及它們的弛豫激活能的值；(4)晶化過程以及結晶焓變△Hx；(5)晶化過程中各種亞穩相的信息。

審核編輯 ：李倩