中国矿业大学：采购中航时代功能材料热重分析仪

中国矿业大学作为当今全国唯一以矿业命名的特色鲜明高水平大学，在上级主管部门、煤炭能源行业和社会各界的支持下，通过长期发展和建设，已经形成了以理工为主、以能源资源为特色，理工文管法经教艺等多学科协调发展的学科专业体系和多科性大学的办学格局。

中航时代功能材料热重分析仪——TGA-209A

中航时代功能材料热重分析仪——TGA-209A

TG曲线的解析

热重曲线是实验过程的最终体现，不同的试样和实验条件下所得到的曲线各不相同。由于试样、实验条件、仪器本身等因素对实验曲线均会产生不同的程度的影响，因此，合理、全面地分析热重实验曲线显得十分重要。在分析曲线时要充分结合试样本身的组成、结构和性质以及实验条件等因素进行综合分析。

在对TG曲线进行分析时，除了需要确定以上的特征温度外，还需对热重实验曲线中每一个质量变化过程作更为详细和具体的解释和说明，但有时仅通过热重曲线得到的信息难给出全面、合理的解释，此时需要与由其他的表征手段得到的实验数据结合起来进行综合分析，在之后的相关章节中将对这些内容加以阐述。

由实验直接记录得到的是以直流电动势形式反映试样温度的和反映试样质量变化的数据，由此绘制的图形称为原始热重记录曲线，对原始曲线作适当处理后就能得到基本的热重数据：试样在一定范围内的质量变化量和变化过程的起始温度与终止温度，以及符合规定表达方式的热重曲线。

由于相当多的原始的热重曲线并不符合有关热重出线的表达要求和规范, 因此通常不能将其直接作为最终形式的实验数据直接列入正式报告，通常需要将原始的热重曲线转换成规范的热重曲线。

对于热重曲线，有时还需对每步变化过程的本质进行更为详细具体的解释和说明，但是很多情况下仅由TG曲线提供的信息显然是难以做到的，还需要结合其他分析方法的结果来进行综合分析。

下面首先以CuSO4·5H2O脱去结晶水的过程(见图6.30)为例，说明由曲线可以得到的信息。

图6.30中的TG曲线在A点和B点之间没有发生质量变化，即试样是稳定的，在B点开始脱水，曲线上呈现出失重，失重的终点为C点。这一步的脱水过程为

CuSO4·5H2O→CuSO4·3H2O+2H2O

在该阶段，CuSO4·5H2O失去两个水分子。在C'点和D点之间试样再一次处于稳定状态，然后在D点进一步脱水，在D点和E点之间脱掉两个水分子。在E点和F点之间生成了较为稳定的化合物，从F点到G点开始脱掉最后一个水分子。由G点到H点的平台表示形成了更加稳定的无水化合物。

CuSO4·3H2O→CuSO4·H2O+2H2O

CuSO4·H2O→CuSO4+H2O

根据热重曲线上各平台之间的质量变化，可计算出在各个步骤中样品的失重量。图6.30中的纵坐标通常表示为质量的标度和总的失重量。

利用热重法测定试样时，往往开始有一个很小的质量变化，这是由试样中所存在的吸附水或溶剂引起的。当温度升至T1时，才产生第一步失重。第一步失重量为W0-W1，其失重量ΔW为

式中，W0为试样的质量，W1为第一次失重后试样的质量。

在热重曲线中，水平部分表示质量是恒定的，曲线斜率发生变化的部分表示质量的变化。根据热重曲线上的各阶段的失重量可以很简便地计算出各步的失重量，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。从热重曲线可看出热稳定性温度区、反应区、反应所产生的中间体和最终产物。

另外，通过热重曲线可以确定化合物的分解机理。

下面以CaC2O4·H2O为例，来说明由TG曲线确定热分解机理的过程。

含有一个结晶水的草酸钙的热重曲线和微商热重曲线，如图6.31所示。

一般地，CaC2O4·H2O的热分解过程分下列几步进行：

CaC2O4·H2O→CaC2O4+H2O

CaC2O4→CaCO3+CO

CaCO3→CaO+CO2

在100℃以前，CaC2O4·H2O没有失重现象，其热重曲线呈水平状，为TG曲线中的第一个平台。在100~200℃之间失重并开始出现第二个平台。这一步的失重量占试样总质量的12.5%，相当于每摩尔CaC2O4·H2O失去1 mol H2O。在400~500℃之间失重并开始呈现第三个平台，其失重量占试样总质量的18.5%，相当于每摩尔CaC2O4分解出1molCO。最后，在600~800℃之间失重并出现第四个平台，为CaCO3分解成CaO和CO2的过程。

图6.31中的DTG曲线所记录的三个峰是与CaC2O4·H2O三步失重过程相对应的。根据这三个DTG的峰面积，同样可算出CaC2O4·H2O各个热分解过程的失重量。

在热重法中，DTG曲线比TG曲线更为有用，因为它与DTA曲线相类似，可在相同的温度范围进行对比和分析而获得有价值的资料。