热重分析TGA基本原理、分类和应用
热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组分。TGA在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。热重分析在实际的材料分析中经常与其他分析方法联用，进行综合热分析，全面准确分析材料。
中文名：热重分析
外文名：Thermogravimetric Analysis
简称： TG或TGA
类属：热分析技术
根据国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis，缩写ICTA）的定义，热重分析指温度在程序控制时，测量物质质量与温度之间的关系的技术。这里值得一提的是，定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却有表观失重。而热重分析则指观测试样在受热过程中实质上的质量变化。
热重分析所用的仪器是热天平，它的基本原理是，样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。TGA 可以得到样品的热变化所产生的热物性方面的信息。
热重分析通常可分为两类：动态法和静态法。
1、静态法：包括等压质量变化测定和等温质量变化测定。等压质量变化测定是指在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与压力关系的一种方法。这种方法准确度高，但是费时。
2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。微商热重分析又称导数热重分析（DerivativeThermogravimetry，简称DTG），它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。以物质的质量变化速率（dm/dt） 对温度T（或时间t）作图，即得DTG曲线。
仪器构造
进行热重分析的基本仪器为热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。除热天平外，还有弹簧秤。
热重分析仪结构：
（1）试样支持器；
（2）炉子；
（3）测温热电偶；
（4）传感器；
（5）平衡锤；
（6）阻尼和天平复位器；
（7）天平；
（8）阻尼信号
影响因素
影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面：仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素等等。
1、浮力及对流的影响。浮力和对流引起热重曲线的基线漂移。热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度。解决方案：空白曲线、热屏板、冷却水等。
2、挥发物冷凝的影响。解决方案：热屏板。
3、温度测量的影响。解决方案：利用具特征分解温度的高纯化合物或具特征居里点温度的强磁性材料进行温度标定。
4、升温速率。升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度偏高，甚至不利于中间产物的测出。
5、气氛控制。与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
6、纸速。走纸速度快，分辨率高。
7、坩埚形状。
8、试样因素。试样用量、粒度、热性质及装填方式等。用量大，因吸、放热引起的温度偏差大，且不利于热扩散和热传递。粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄。粒度粗则反应较慢，反应滞后。装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导，但不利于扩散或气体。要求装填薄而均匀。
应用
热重分析法可以研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；研究物质的热稳定性、分解过程、脱水、解离、氧化、还原、成份的定量分析、添加剂与填充剂影响、水份与挥发物、反应动力学等化学现象。
广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
热重法的重要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。热重法已在下述诸方面得到应用：
无机物、有机物及聚合物的热分解；
金属在高温下受各种气体的腐蚀过程；
固态反应；
矿物的煅烧和冶炼；
液体的蒸馏和汽化；
煤、石油和木材的热解过程；
含湿量、挥发物及灰分含量的测定；
升华过程；
脱水和吸湿；
爆炸材料的研究；
反应动力学的研究；
发现新化合物；
吸附和解吸；
催化活度的测定；
表面积的测定；
氧化稳定性和还原稳定性的研究；
反应机制的研究。
还可以作为测量固体表面酸碱度的表征手段。
样品制备
热重分析样品制备比较复杂，需要考虑很多因素，下面是一些常见的样品制备过程需要考虑的因素：
1：对于要分析的物质，样品需有代表性。
2：制备过程中，样品需尽可能没有变化。
3：制备过程中，样品需没有受到污染。
4：样品制备方法应该是一致和可重复的。只有一致的样品量才较好获得可对比的TGA数据。
5：样品量的考虑。如果想获得足够的精确度，应有足够的样品量。特别是物质挥发成分非常小或者物质非均匀，此时更应该加入足够的样品量，方能测量准确。但是试样量越大，整个试样的温度梯度也会加大，对于导热较差的试样更甚。而且反应产生气体向外扩散的速率与试样量有关，试样量越大，气体越不容易扩散。
6：样品形态的考虑。制备过程中，需考虑样品形态的影响。样品的形状和颗粒大小不同，对热重分析的气体产物扩散影响亦不同。一般来说大片状的试样的分解温度比颗粒状的分解温度高，粗颗粒的分解温度比细颗粒的分解温度高。
7：试样装填方法。试样装填越紧密，试样间接触越好，热传导性就越好。这会让温度滞后现象变小。但是装填紧密不利于气氛与颗粒接触，阻碍分解气体扩散或逸出。因此可以将试样放入坩埚之后，轻轻敲一敲，使之形成均匀薄层。
