热重法(TG) (thermogravimetry)

1.TG的基本原理

热重法(TG)是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，这种变化过程有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。

热重法试验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线)，如图Ⅱ-3-8(a)所示。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少;以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。

从热重法可派生出微商热重法(DTG)，它是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。以物质的质量变化速率(dm/dt) 对温度T(或时间t)作图，即得DTG曲线，如图Ⅱ-3-8(b)所示。DTG曲线上的峰代替TG曲线上的阶梯，峰面积正比于试样质量。DTG曲线可以微分TG曲线得到，也可以用适当的仪器直接测得，DTG曲线比TG曲线优越性大，它提高了TG曲线的分辨力。

进行热重分析的基本仪器为热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。除热天平外，还有弹簧秤。

2.影响热重分析的因素

热重分析的实验结果受到许多因素的影响，基本可分二类：一是仪器因素，包括升温速率、炉内气氛、炉子的几何形状、坩埚的材料等。二是样品因素，包括样品的质量、粒度、装样的紧密程度、样品的导热性等。

在TG的测定中，升温速率增大会使样品分解温度明显升高。如升温太快，试样来不及达到平衡，会使反应各阶段分不开。合适的升温速率为5度·min-1～10度·min-1。

样品在升温过程中，往往会有吸热或放热现象，这样使温度偏离线性程序升温，从而改变了TG曲线位置。样品量越大，这种影响越大。对于受热产生气体的样品，样品量越大，气体越不易扩散。再则，样品量大时，样品内温度梯度也大，将影响TG曲线位置。总之实验时应根据天平的灵敏度，尽量减小样品量。样品的粒度不能太大，否则将影响热量的传递;粒度也不能太小，否则开始分解的温度和分解完毕的温度都会降低。

3.热重分析的应用

热重法的重要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。目前，热重法已在下述诸方面得到应用:

(1)无机物、有机物及聚合物的热分解;

(2)金属在高温下受各种气体的腐蚀过程;

(3)固态反应;

(4)矿物的煅烧和冶炼;

(5)液体的蒸馏和汽化;

(6)煤、石油和木材的热解过程;

(7)含湿量、挥发物及灰分含量的测定;

(8)升华过程;

(9)脱水和吸湿;

(10)爆炸材料的研究;

(11)反应动力学的研究;

(12)发现新化合物;

(13)吸附和解吸;

(14)催化活度的测定;

(15)表面积的测定;

(16)氧化稳定性和还原稳定性的研究;

(17)反应机制的研究。