热分析（TGA/DTA/DSC）技术知识入门篇！

热分析技术是在温度程序控制下研究材料的物理或化学变化，如氧化、聚合、固化、硫化、脱水、结晶、熔融、晶格改变等，这些变化往往伴随着热力学性质（如焓变、比热、导热系数等）的改变，故可通过测定其热力学性能的变化，来了解各种无机和有机材料的物理或化学变化过程，是一种十分重要的分析测试方法。

最常用的热分析方法有：

热质量分析（Thermogravimetric analysis，TGA）

差热分析（Differential analysis，DTA）

差示扫描热量测定（Differential scanning calorimetry，DSC）

热分析原理

TGA：这是一种通过改变温度来测定物质质量的变化的分析方法。热重分析主要研究在空气或惰性气氛材料的热稳定性、热分解作用和氧化分解等物理化学变化。

DTA：在程序控温条件下，测试样品与参比物之间的温度差随时间变化的一种分析方法。主要用于熔化、结晶转变、二级转变、氧化还原反应、裂解反应等。

DSC：在程序控温条件下，测量输入到样品与参比物的功率差（焓变反应热）随时间或时间变化的一种分析方法；可用于测量包括高分子材料在内的固体、液体材料的熔点、沸点、玻璃化转变、热容、结晶温度、结晶度、反应温度、纯度、反应热等。

影响因素

一、实验条件

1.样品盘的材料

一般采用惰性材料制备，如铂、陶瓷等，但对于一些碱性试样确不能采用石英和陶瓷样品盘，他们间在升温过程中会发生化学变化，影响热分析曲线，特别是铂金对很多有机化合物和某些无机物起催化作用，促进发生不该发生的反映，也影响了热分析曲线的真实性。

2.升温速率

升温速率有快慢之分，无论是快还是慢，对测定过程和结果均有着十分明显的影响。

3.气氛

若气氛气的导热性良好，会有利于向体系提供更充分的热量，提高分解反映的速率。氩气、氮气、氦气这三种惰性气体热导率与温度的关系是依次递增的，因此，碳酸钙的热分解速率在氦气中最快，在氮气中次之，氩气中更次。

4.仪器的灵敏度和分辨率

仪器的灵敏度与分辨率是一对矛盾体，要提高灵敏度必须提高升温速率，加大样品量；而要提高分辨率必须采用慢速升温，减少样品量。由于增大样品量对灵敏度影响较大，对分辨率影响相对较小，而加快升温速率对两者的影响都大，因此在热效应微弱的情况下，通常选择较慢的升温速率（以保持良好的分辨率），并适当增加样品量来提高灵敏度。

二、 试样特征

1.试样用量

试样用量小时能减小样品内的温度梯度，所测温度较为真实；有利于气体产物扩散，减少化学平衡中的逆向反映；相邻峰的分离能力增强、分辨率提高，单DSC的灵敏度会有所降低。

试样量大时能提高DSC的灵敏度，但峰形变宽并向高温漂移，相邻峰（平台）趋于合并，峰分离能力下降；且样品内温度梯度较大，气体产物的量增多，扩散变差。

一般保证灵敏度足够时，取较少的试样用量。

2.试样状态

试样状态一般分为粉末状和块状两种，粉末状试样相比于块状试样具有比表面积大、活性强、反应提前，但是导热性能下降、反应过程延长，峰宽增大，峰高下降。

DSC与DTA的区别

1.曲线的纵坐标含义不同

DSC曲线的纵坐标表示样品的放热或吸热的速度，单位为Mw mg-1，又称为热流率，而DTA曲线的纵坐标则表示温差，单位为温度℃（或K）。

2.DSC的定量水平高于DTA。试样的热效应可直接通过DSC曲线的放热峰和吸热峰与基线所包围的面积来度量，不过由于试样和参比物与补偿加热丝之间总存在热阻，使补偿的热量或多或少的产生损耗，因此峰面积得乘以一修正常数（又称仪器常数）方为热效应值。仪器常数可通过标准样品来测定，即为标准样品的焓变与仪器测得的峰面积之比，它不随温度、操作条件而变化，是一个恒定值。

3.DSC分析方法的灵敏度和分辨率均高于DTA，DSC中曲线是以热流或功率差直接表征热效应的，而DTA则是用温度差间接表征热效应，因而DSC对热效应的相变更快、更灵敏、峰的分辨率更高。

TG-DSC联用的优点

1.一次实验可同时获得TG-DSC两种曲线。

2.从不同侧面共同反映物质的变化过程，TG-DSC可同时搞清楚物质的质量和焓变在升温过程中的变化情况。

3.可消除试样的不均匀性，加热条件和气氛条件的差异以及人为的操作对实验结果的影响。

4.精确方便地对温度标定。