1. 熱重法的定義

熱重法（Thermogravimetry簡稱TG）是指在程序控制溫度和一定氣氛下連續(xù)測量待測樣品的質(zhì)量與溫度或時(shí)間變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，主要用于研究物質(zhì)的分解、化合、脫水、吸附、脫析、升華、蒸發(fā)等伴有質(zhì)量改變的熱變化現(xiàn)象。由TG可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、組分分析、熱參數(shù)測定和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測定等，其在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測手段。在實(shí)際的材料分析中，TG法經(jīng)常與其他分析方法聯(lián)用，進(jìn)行綜合熱分析，全面、準(zhǔn)確地分析材料的熱性質(zhì)，是應(yīng)用*多、*廣泛的一種熱分析技術(shù)。（我司主要生產(chǎn)銷售DSC差示掃描量熱儀、TGA熱重分析儀、同步熱TG-DTA 、TG-DSC、導(dǎo)熱儀等熱分析儀，有需要可咨詢133、7692、7596）

在實(shí)際應(yīng)用中，熱重法也常被稱為熱重分析（Thermogarvimetric Analysis，簡稱TGA）。從字面上看，Thermogravimetric 自身已包含了測量方法（-metric）的含義，分析（analysis）自身也有測量方法的含義，名稱中同時(shí)含有metric和analysis顯得有些重復(fù)表達(dá)。因此，一些學(xué)者建議用熱重法（Thermogravimetry，簡稱TG）而不用熱重分析法（Thermogarvimetric Analysis，簡稱TGA）表示這種熱分析方法。實(shí)際上，在很多文獻(xiàn)和技術(shù)報(bào)告中，對(duì)于由熱重實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，大多稱為熱重曲線或者TG曲線，很少直接稱為熱重分析曲線或者TGA曲線。

另外，在一些文獻(xiàn)和資料中習(xí)慣將熱重法稱為熱失重法或者熱失重分析法，這些都是不符合習(xí)慣的。

2. 熱重法的數(shù)學(xué)表達(dá)式

根據(jù)定義，TG法是在在程序控制溫度和一定氣氛下連續(xù)測量待測樣品的質(zhì)量與溫度或時(shí)間變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)。可以用以下形式的關(guān)系式來表示：

m=f（t） （1）

或者

M=f（T） （2）

等式（1）對(duì)應(yīng)于等溫實(shí)驗(yàn)下得到的TG曲線，而等式（2）則對(duì)應(yīng)于非等溫實(shí)驗(yàn)下得到的TG曲線。

在實(shí)際表示中，為了突出“測量”的作用，通常用重量（weight）來代替質(zhì)量（mass）。由實(shí)驗(yàn)得到的熱重曲線如圖1所示。

圖1 由TG實(shí)驗(yàn)得到的TG曲線

圖1中，縱坐標(biāo)為歸一化后的重量W (通常用重量百分?jǐn)?shù)表示)，向上表示質(zhì)量增加，向下表示質(zhì)量減?。粰M坐標(biāo)為溫度T，自左向右表示溫度升高或時(shí)間增長。

為了便于比較，曲線中的縱坐標(biāo)通常用歸一化后的質(zhì)量百分比表示，由曲線可以方便地看出試樣在實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量變化的程度。

3. 微商熱重法

微商熱重曲線（derivative thermogravimetric curve，簡稱DTG curve），是對(duì)由熱重法得到的實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行微商處理得到的曲線，通常指一階微商的TG曲線。

圖2中的曲線為由圖1中的TG曲線求導(dǎo)得到的DTG曲線，曲線上的每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于TG曲線對(duì)橫坐標(biāo)（溫度）的變化速率，峰值對(duì)應(yīng)于質(zhì)量減小的*大速率。對(duì)于線性加熱所得到的DTG曲線而言，其單位一般是（%/℃），表示溫度每變化1 ℃時(shí)質(zhì)量變化的百分比。對(duì)于等溫實(shí)驗(yàn)而言，DTG曲線的單位一般是%/s或%/min。

有些情況下，需要對(duì)一階微商曲線（即DTG曲線）再次進(jìn)行微商處理，所得到的曲線稱為二階微商熱重曲線。

圖2 由圖1中的TG曲線得到的DTG曲線

微商熱重法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

dm/dt=f(t) （3）

線性程序控制溫度時(shí)，也可用下式表式

dm/dT=f(T) （4）

微商熱重法是通過熱重曲線的一階導(dǎo)數(shù)得到的。對(duì)于目前的大多數(shù)商品化儀器而言，熱重曲線的微分曲線可以使用儀器附帶的微分功能轉(zhuǎn)換得到。與TG曲線相比，通過DTG曲線可以更加清晰地顯示出試樣的質(zhì)量隨溫度的變化信息。圖3是CaC2O4?H2O在20 ℃/min的加熱速率下得到的熱重曲線和微商熱重曲線，由圖可見，CaC2O4?H2O隨著溫度的升高在150-220℃、350~500℃和620~780℃范圍內(nèi)依次失去一分子結(jié)晶水、一分子CO和一分子CO2。在以上溫度范圍，DTG曲線中出現(xiàn)了相應(yīng)的峰，對(duì)應(yīng)于TG曲線的失重臺(tái)階。

DTG曲線的峰面積對(duì)應(yīng)于TG曲線的臺(tái)階高度。例如，在圖3中，DTG曲線的峰面積為0.602%?min/℃，該數(shù)值乘以加熱速率（即20 ℃/min），其值為0.602×20=12.04%，與由TG曲線計(jì)算得到的臺(tái)階的失重百分比（12.27%）接近。一般來說，由DTG曲線得到的數(shù)值略低于TG曲線，這與在對(duì)峰進(jìn)行積分時(shí)所選取的虛擬基線有關(guān)。

圖3 CaC2O4·H2O的TG曲線