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明白这些影响因素让你的热重曲线不再跑偏！

2020.3.02

　　热重分析的数据结果与仪器、实验条件、样品等因素密切相关。下面就仪器、实验条件和样品三大方向来详述影响热重曲线的因素。

　　一、仪器因素

　　1、气体浮力和对流的影响

　　气体的密度与温度有关，随温度升高，样品周围的气体密度变小，从而气体的浮力变小，因而试样质量增加。这种样品质量随温度升高而增重现象称之为表观增重。

　　表观增重量可用公式进行计算：W=Vd(1-273/T)。式中d为气体在273K时的密度，V为样品坩埚和支架的体积。对流的产生，是常温下，试样周围的气体受热变轻形成向上的热气流，作用在热天平上，引起试样的表观质量损失。为了减少气体浮力和对流的影响，试样可以选择在真空条件下进行测定，或选用卧式结构的热重仪进行测定。

　　2、坩埚的影响

　　坩埚的物理性状，如坩埚的形状、尺寸、多孔性可能影响实验结果。

　　坩埚大小与试样量有关，直接影响试样的热传导和热扩散；坩埚的形状则影响试样的挥发速率。因此，通常选用轻巧、浅底的坩埚，可使试样在埚底摊成均匀的薄层，有利于热传导、热扩散和挥发。此外，坩埚的材质通常应该选择对试样、中间产物、最终产物和气氛没有反应活性和催化活性的惰性材料，如Pt、Al2O3等。

　　3、挥发物冷凝的影响

　　样品受热分解、升华、逸出的挥发性物质，往往会在仪器的低温部分冷凝。这不仅污染仪器，而且使测定结果出现偏差。若挥发物冷凝在样品支架上，则影响更严重，随温度升高，冷凝物可能再次挥发产生假失重，使TG曲线变形。

　　为减少挥发物冷凝的影响，可在坩埚周围安装耐热屏蔽套管；采用水平结构的天平；在天平灵敏度范围内，尽量减少样品用量；选择合适的净化气体流量。实验前，对样品的分解情况有初步估计，防止对仪器的污染。

　　二、实验条件因素

　　1、升温速率的影响

　　升温速率对热重曲线影响较大，升温速率越高，产生的影响就越大。因为样品受热升温是通过介质-坩埚-样品进行热传递的，在炉子和样品坩埚之间可形成温差。升温速率越快，这种温差随之增加。，炉子和样品坩埚间的温差就不同，导致测量误差。此外，升温速率对样品的分解温度有影响。升温速率快，造成热滞后大，分解起始温度和终止温度都相应升高。

　　升温速率不同，可导致热重曲线的形状改变。升温速率快，往往不利于中间产物的检出，使热重曲线的拐点不明显。升温速率慢，可以显示热重曲线的全过程。一般来说，升温速率为5和10℃/min时，对热重曲线的影响不太明显。升温速率可影响热重曲线的形状和试样的分解温度，但不影响失重量。慢速升温可以研究样品的分解过程，有利于中间体的鉴定与解析。但快速升温与慢速升温的选择，要看具体的实验条件和目的，并非慢速升温就一定优越。当样品量很小时，快速升温能检查出分解过程中形成的中间产物，而慢速升温则不能达到此目的。

　　2、气氛的影响

　　气氛对热重实验结果也有影响，它可以影响反应性质、方向、速率和反应温度，也能影响热重称量的结果。

　　气体流速越大，表观增重越大。所以送样品做热重分析时，需注明气氛条件，包括：静态还是动态气氛；气氛的种类；气氛的流量。所谓静态是指气体稳定不流动，动态就是气体以稳定流速流动。在静态气氛中，产物的分压对TG曲线有明显的影响，使反应向高温移动；而在动态气氛中，产物的分压影响较小。因此，我们测试中都使用动态气氛，气体流量为20mL/min。而气氛有如下几类：惰性气氛，氧化性气氛，还原性气氛，腐蚀性气体，还有其它如CO2、Cl2、F2等。

　　改变实验室的气氛时，还应注意以下几点：

　　首先：气氛与热电偶、试样容器及气路其他部件所使用的材料是否能发生反应。

　　其次：要防止爆炸和中毒的危险

　　再次，确认产物气对测量结果如有严重影响，必须排出。

　　最后：由于气氛气的热传导之差，炉内的温度分布和热传递特性是否有所改变。

　　三、试样的影响

　　1、样品量的影响

　　样品量多少对热传导、热扩散、挥发物逸出都有影响。

　　样品量用多时，热效应和温度梯度都大，对热传导和气体逸出不利，导致温度偏差。样品量越大，这种偏差越大。加大试样量，会使曲线的清晰度变差，并移向较高的温度，反应所需时间也会加长。但样品量大有时并非坏处，它可以扩大两试样间的较小差异。

　　2、样品粒度、形状的影响

　　样品粒度及形状同样对热传导和气体的扩散有影响。粒度不同，会引起气体产物扩散的变化，导致反应速度和热重曲线形状的改变。粒度越小，反应速度越快，热重曲线上的起始分解温度和终止分解温度降低，反应区间变窄，而且分解反应进行得完全。所以，粒度影响在热重法中是个不可忽略的因素。此外，在试样粉碎和研磨过程中，需要注意不能引入机械杂物。

热重曲线

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