一、工作原理與核心結(jié)構(gòu)
熱重分析儀(TGA)基于熱重法原理:在程序控溫條件下,高精度熱天平實(shí)時(shí)測(cè)量樣品質(zhì)量隨溫度(或時(shí)間)的變化。當(dāng)樣品發(fā)生升華、分解、氧化、脫水等物理或化學(xué)變化時(shí),質(zhì)量隨之改變,生成熱重(TG)曲線;對(duì)TG曲線求導(dǎo)可得微分熱重(DTG)曲線,反映質(zhì)量變化速率。
儀器核心由熱天平(含天平及稱重變換器)、程序控溫爐體、氣氛控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。質(zhì)量測(cè)量原理主要有兩種:變位法根據(jù)天平梁傾斜度與質(zhì)量變化的比例關(guān)系檢知并記錄;零位法則通過電磁力補(bǔ)償使天平梁復(fù)位,測(cè)量補(bǔ)償電流即可換算質(zhì)量變化。
二、精準(zhǔn)測(cè)試主要影響因素
1.升溫速率:速率越快,熱滯后越嚴(yán)重,使起始和終止分解溫度偏高、曲線向高溫區(qū)偏移,且中間產(chǎn)物信息易丟失;慢速升溫可提高多步失重曲線的分辨率。一般建議升溫速率控制在0.5~6℃/min。
2.試樣量與粒度:試樣量宜少(一般2~5mg),量多會(huì)增加傳質(zhì)阻力和內(nèi)部溫度梯度,導(dǎo)致曲線畸變;粒度宜細(xì)且均勻,粗顆粒會(huì)使分解反應(yīng)移向高溫。
3.氣氛與氣流:氣氛對(duì)TG曲線影響顯著,如CaCO?在CO?氣氛中的分解溫度比在空氣中高出近600℃;氣流速度通常設(shè)為40ml/min,流速不足可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)物冷凝造成假失重。
4.坩堝材質(zhì):要求對(duì)樣品、中間產(chǎn)物及氣氛均為惰性,堿性樣品避免使用石英或陶瓷坩堝,以防高溫反應(yīng)損壞器皿。
5.浮力效應(yīng):升溫使氣體密度下降導(dǎo)致浮力減小,使樣品表觀增重,可通過空白試驗(yàn)(空載熱重實(shí)驗(yàn))進(jìn)行校正。