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TG原理与测试德国耐驰仪器制造有限公司May2008NETZSCHAnalyzing&Testing2TG基本原理May2008NETZSCHAnalyzing&Testing3热重（TG）基本原理质量变化热稳定性分解温度组分分析脱水腐蚀/氧化还原反应动力学应用：在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing4FurnacesampleBalance热重（TG）基本原理在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，由天平连续测量样品重量的变化并将数据传递到计算机中对时间／温度进行作图，即得到热重曲线。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing5典型热重图谱示例300350400450500温度/℃020406080100TG/%-20-15-10-505DTG/(%/min)TG曲线DTG曲线峰值:455.0℃起始点:424.6℃终止点:474.5℃质量变化:-96.34%TG起始点：热稳定性的表征DTG峰温：质量变化速率最大的温度点May2008NETZSCHAnalyzing&Testing6controlthermocouplemicrofurnacesamplesamplecarrierTGcellgasoutletcontrolthermocouplecontrolthermocoupleadapter(230癈)transferline(230癈)FTIRgascell(230癈)样品支架顶盖（自动升降）压力传感器真空卸压阀保护气入口气体出口样品坩埚循环水（冷却用）吹扫气入口循环水（维持天平室恒温）支架提升装置天平炉体TG209结构May2008NETZSCHAnalyzing&Testing7TG应用实例–PET的热分解May2008NETZSCHAnalyzing&Testing8c-DTA测试May2008NETZSCHAnalyzing&Testing9c-DTA测试c-DTA：计算型DTADTA：有参比坩埚取参比端与样品端的温差得到DTA曲线C-DTA：无参比坩埚以程序温度或基线温度为参比温度计算得到DTA曲线。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing10c-DTA测试-15-10-50510c-DTA/K100200300400500600温度/℃020406080100TG/%-30-25-20-15-10-505DTG/(%/min)样品称重：2.361mg升温速率：10K/min气氛：air坩埚：PtRh,敞口控温模式：STCOff残余质量：0.01%PET-空气气氛下的热氧化降解PET熔融峰-0.24%-88.63%起始点*:393.7℃-11.12%555.1℃438.1℃443.7℃561.9℃239.1℃放热PET熔融峰225230235240245250255温度/℃0.00.10.20.30.40.50.6c-DTA/K239.1℃放热cDTA能弥补单TG测试的不足，获取关于失重过程中热效应的更多的信息。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing11[#]仪器[1]NETZSCHTG209F1[2]NETZSCHTG209F1[3]NETZSCHTG209F1[4]NETZSCHTG209F1[5]NETZSCHTG209F1[6]NETZSCHTG209F1文件Zn-2.mt3Bi-2.mt3In-2.mt3Sn-2.mt3Ag-2.mt3Al-2.mt3标识ZnBiInSnAgAl样品ZnBiInSnAgAl日期2004-09-1510:372004-09-1509:182004-09-1414:502004-09-1415:532004-09-1515:032004-09-1511:55质量10.770mg24.060mg12.830mg16.250mg9.800mg10.180mg段1/11/11/11/11/11/1范围417/10.0(K/min)/433265/10.0(K/min)/294152/10.0(K/min)/175227/10.0(K/min)/254954/10.0(K/min)/973650/10.0(K/min)/679气氛N2,20.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,20.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,20.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,20.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,20.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,20.0ml/min/N2,10.0ml/min修正000000xuliang2004-09-2114:15主窗口c-DTA.ngb200300400500600700800900温度/℃-10123c-DTA/KInSnBiZnAlAgTG209F1-c-DTA校正放热方向c-DTA常用于TG仪器的温度校正May2008NETZSCHAnalyzing&Testing12c-DTA测试温度程序同TG试验的温度程序May2008NETZSCHAnalyzing&Testing13c-DTA测试May2008NETZSCHAnalyzing&Testing14c-DTA测试May2008NETZSCHAnalyzing&Testing15c-DTA测试May2008NETZSCHAnalyzing&Testing16c-DTA测试[#]仪器[1]TG209F1[2]TG209F1文件plastic2#.dt3plastic2#-cDTA.mt3标识2#2#样品plasticplastic日期2005-10-192005-10-19质量/mg12.10312.103段1/11/1范围26/5.0(K/min)/70046/5.0(K/min)/234气氛N2,30.0ml/min/N2,10.0ml/minN2,30.0ml/min/N2,10.0ml/min修正TG:820/DTG:85xuliang2005-10-2817:01主窗口plastic2#.ngb-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0c-DTA/K100200300400500600温度/℃020406080100TG/%-15-10-50DTG/(%/min):-99.89%塑料2#熔融峰树脂热降解样品称重：12.103mg升温速率：5K/min气氛：N2坩埚：Al2O3，敞口质量变化:-0.10%质量变化449.9℃469.2℃125.6℃放热操作实例：PE的热降解May2008NETZSCHAnalyzing&Testing17•建议使用“样品+修正”模式进行测试，基线与峰形较佳•不建议使用STC•使用不透明的坩埚（铂铑坩埚、铝坩埚等）并加盖，效果更佳•对于较小的热效应，建议增大样品量，或加大升温速率•C-DTA不能计算热焓，不能取代DSC-TG同步热分析c-DTA测试测试要点：May2008NETZSCHAnalyzing&Testing18高分子材料的TG测试May2008NETZSCHAnalyzing&Testing19高分子材料的TG测试常用温度程序：RT…(N2)…850℃…(O2)…1000℃室温～600℃（N2）：小分子添加剂或残余溶剂等的挥发;树脂的分解650℃～800℃（N2）：常用填料碳酸钙的分解850℃以上（O2）：热解碳与碳黑填料的烧失残余质量：碳酸钙分解产物CaO、钛白粉等无机颜料与填料、玻纤等无机增强剂等。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing20高分子材料的TG测试1002003004005006007008009001000温度/℃65707580859095100TG/%-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0DTG/(%/min)此处由N2切换为O2碳酸钙分解热解碳燃烧惰性无机填料和CaO溶剂或增塑剂等小分子物质的挥发树脂热降解（醋丙）白色涂料样品称重：12.98mg升温速率：10K/min气氛：N2，873℃切换为O2坩埚：Al2O3敞口-2.17%-15.28%-3.04%-3.58%-1.28%316.4℃772.4℃865.6℃178.4℃337.8℃421.0℃468.3℃564.6℃-9.00%-1.27%64.42%(1022.8℃)May2008NETZSCHAnalyzing&Testing21高分子材料的TG测试纯树脂，或未添加碳酸钙，可将O2切换温度提前至600℃若材料的热分解温度与小分子添加剂（如增塑剂）等挥发温度重叠，可采取在真空下测试、降低小分子添加剂的沸点使两个平台得以有效分离因为少量残余氧气的存在可能降低树脂的热稳定性，因此在测试前一般需进行抽真空-惰性气氛置换的操作，以确保气氛的纯净性对比惰性与氧化性气氛中的不同失重现象，可区别高分子的热裂解与热氧化裂解。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing22TG基线的扣除May2008NETZSCHAnalyzing&Testing239.TG基线（浮力效应）浮力效应：气体密度（ρ）随温度（T）变化而变化，导致样品支架系统所受到的浮力随温度而改变，从而形成热重测试的天然基线gassampleGFG‘(T)＝G－F（T）TG基线的扣除May2008NETZSCHAnalyzing&Testing24010002000300040005000时间/秒-8.00-7.00-6.00-5.00-4.00-3.00-2.00-1.000TG/mg100200300400500600700800900温度/℃扣除前扣除后TG基线（浮力效应曲线）热重浮力效应的扣除浮力效应的修正：TG基线的测试与自动扣除。TG基线的扣除May2008NETZSCHAnalyzing&Testing25浮力效应的影响因素•气体密度（ArN2He）•气体流量•升温速率•样品支架、坩埚的体积基线扣除误差的避免Correction测试、Sample+Correction测试注意：气体流量严格一致起始温度严格一致测样启动前天平的稳定性炉体温度与样品温度之间的平衡TG基线的扣除May2008NETZSCHAnalyzing&Testing26TG常见实验问题问答May2008NETZSCHAnalyzing&Testing27TG常见实验问题解答问：我做的实验为何基线重复性不佳，扣基线扣不干净？答：1.请注意测试前炉体温度与样品温度是否已经稳定，天平信号是否稳定。2.请注意基线测试与样品测试是否从完全相同的温度开始。即设定起始温度、基线测试实际起始温度、样品测试实际起始温度三者要保持一致。另需注意STC与不用STC的差别，STC情况下一切以样品温度为准，不用STC情况下以炉体温度为准。3.请注意基线测试与样品测试所使用的气体类别、流量以及坩埚类型（包括加盖情况）是否一致。4.如果基线测试与样品测试之间相隔时间过长（例如基线是半年前做的），可以考虑重新做一条基线。5.如果以上几点得到确认后基线扣除效果仍然不佳，请检查水浴流量，是否由于水浴堵塞、流量变小造成对天平的恒温效果变差。若水浴流量正常，请检查炉体在高温（如800℃以上）下水浴温度是否上升而不再恒定在设定温度上。如是，则表明水浴的制冷设备出现问题。请与耐驰公司维修工程师联系。May2008NETZSCHAnalyzing&Testing28TG常见实验问题解答问：我做的基线以前一直是往下（失重方向）走的，最近为何在700℃以上总是往上（增重方向）漂移？答：正常情况下TG209的浮力效应曲线是在100℃前稍稍往上、随后一直往失重方向漂移的。一般气体流量越大，基线往失重方向漂移越大一些。如果实测得到的基线在高温下往增重方向漂移，请检查水浴流量与水浴制冷效果是否正常，请参考前一问题的第4点。10020030040050