热重量法

[外文]：thermogravimetry

在温度程序控制下测量试样的质量（或重量）随温度变化的一种热分析技术，英文缩写TG。可在加热过程中连续称量试样质量（或重量）的仪器称热天平。试样在加热（或冷却）过程中如有脱附（吸附）、蒸发、升华、脱水、热分解或与气体反应等情况发生时，伴随有重量变化，记录试样重量随温度变化关系的曲线称热重量曲线或TG曲线。

1902年已开始研制热天平，但可供实用的热天平是1915年由日本的本多光太郎研制成功的。1945年开始有照相法记录的热天平 。热天平在自动化方面的进展，大体上与差热分析仪器相同。

热天平种类很多，按结构分类，有弹簧秤式、刀口式、吊带式和扭动式等；按测量时天平梁位置是否改变分类，有零位法和变位法两种；按试样容器位置分类，则有上皿式、平卧式和下皿式三种。世界上不同型式的热天平约有160种，其中商品约20多种。

零位法扭动式热天平如图1所示，

由长久磁铁、线圈、光电系统和伺服放大器等构成。天平梁固定在处于两个长久磁铁间的线圈上，梁的一侧有一带孔的遮光片。光源、遮光片和光电池构成光电系统，它的作用在于检测天平梁的位置。伺服放大器的作用是根据光电池信号调节线圈电流，使天平梁保持在平衡位置。此种热天平具有灵敏度高、响应快的特点。

当试样没有重量变化时，天平梁处于平衡位置，光通过遮光片照射到差动式光电池上，光电池上下两部分的光照面积相等，两光电池产生的信号大小相等、方向相反，互相抵消，无信号输出；试样置于电炉中加热，通过热电偶记录其温度，当试样因化学变化发生重量变化时，天平梁偏离平衡位置，光电池上下两部分的光照面积不同，光电池就有信号输出，伺服放大器根据光电池信号调节线圈电流，使天平梁恢复至平衡位置，流过线圈的电流大小正比于重量变化。

TG曲线如图2所示，

以质量(或重量)作为纵坐标，以温度或时间为横坐标。图中AB是TG曲线中的重量不变部分，称为坪。B点开始失重，B点对应的温度Ti为反应开始温度。到C点反应终止， C点对应的温度Tf为反应终止温度。两坪之间的距离表示所失重量。

由热重量曲线除了可以看出分解的起始和终止温度外，还可以看出试样和分解产物稳定存在的温度区间，并可根据所失重量推测反应产物，但还应借助于其他手段（见差热分析）证实，否则容易作出错误结论。对相继发生的重叠反应来说，要在TG曲线上区分两反应是困难的，而导数热重量曲线则能很好分辨。

是产生热重量曲线对时间或温度的一阶导数的技术，英文缩写DTG。1953年W.L.de凯泽研制出测定 DTG曲线的差示热天平，它是通过机械办法获得DTG曲线的。1954年L.厄尔迪等报道了 TG-DTG联记实验结果。

DTG曲线如图3所示，

纵坐标表示重量变化率，横坐标表示温度或时间。DTG曲线以峰形出现，峰面积与每一反应的重量变化成正比。DTG曲线与 TG曲线相比，优点是DTG曲线能分辨重叠反应，方便而又精确地确定变化开始温度、失重速率较大时的温度和终止温度，便于区分重叠反应的重量变化。TG曲线和DTG曲线的影响因素，除与DTA相同外，还有浮力和气体流速。

参考书目

T.Daniels，Thermal Analysis，Kogan Page， London，1973.