文档介绍：热分析技术
一、概述
热分析定义(ICTA):在温度程序控制,即用固定的速率加热或冷却,温度和时间成线性关系下,测量物质的物理性质随着温度变化的一类技术。
研究内容:研究物质在受热过程中所发生的晶型转化、熔融、蒸发、脱水等物理变化或热分解、氧化等化学变化以及伴随发生的温度、能量或质量改变的方法。
特点:操作简单、灵敏、速度快、需要样品量少(以毫克计),得到信息量广。
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热分析是一类多学科通用的分析测试技术,应用领域包括化工、塑料、冶金、陶瓷、医药、玻璃、食品等。特别是近几年,热分析技术已在药物研究中得到了广泛的应用,如化学药品的鉴别、中药材的真伪鉴别、中药制剂的质量分析等。
二、分类
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表1 热分析技术的分类
被测物质的性质
名称
简称
质量
热重法
TG
微商热重法
DTG
逸出气体检测
EGD
逸出气体分析
EGA
放射性热分析
ETA
热颗粒分析
TPA
热挥发物分析
TVA
温度
加热(冷却)曲线测定
差示热分析
DTA
热焓
差示扫描量热测定
DSC
联用
热重-气相色谱
TG-GC
热重-红外
TG-IR
热重-X线衍射-红外
TG-XRD-IR
差热-质谱
DTA-MS
差热-电镜
TM
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热重分析(TG) Thermogravimetry
基本原理
热重分析法(thermogravimetry, TG)是在程序控制温度下,测量物质的质量随温度变化的规律,一定温度下,物质失去重量表明样品中某些组分的分解或挥发。
热重分析通常有静态法和动态法两种类型
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静态法又称等温热重法,是在恒温下测定物质质量变化与温度的关系,通常把试样在各给定温度加热至恒重。该法比较准确,常用来研究固相物质热分解的反应速度和测定反应速度常数。
动态法又称非等温热重法,是在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系,采用连续升温连续称重的方式。该法简便,易于与其他热分析法组合在一起,实际中采用较多。
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仪器结构
热重分析仪的基本结构由精密天平、加热炉及温控单元组成。
图1 热重分析仪结构
1、温控单元
2、精密天平
3、加热炉
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固体热分解反应
A(固)→B(固)+C(气)
典型热重曲线如图2所示。
图2 固体热分解反应的热重曲线
曲线的纵坐标为质量,横坐标为温度。图中Ti为起始温度,即累计质量变化达到热天平可以检测时的温度。Tf为终止温度,即累计质量变化达到最大值时的温度。
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热重曲线上质量基本不变的部分称为基线或平台,如图2中ab、cd部分。
若试样初始质量为W0,失重后试样质量为W1,则失重百分数为(W0-W1)/W0×100%。
许多物质在加热过程中会在某温度发生分解、脱水、氧化、还原和升华等物理化学变化而出现质量变化,发生质量变化的温度及质量变化百分数随着物质的结构及组成而异,因而可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程,如试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等。
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例如含有一个结晶水的草酸钙(CaC2O4·H2O)的热重曲线如图3所示:
图3 CaC2O4·H2O的热重曲线
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CaC2O4·H2O在100℃以前没有失重现象,其热重曲线呈水平状,为TG曲线的第一个平台。在100℃和200℃之间失重并开始出现第二个平台。%,正好相当于每molCaC2O4·H2O失掉1molH2O,因此这一步的热分解应按以下反应进行
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