热重分析仪密封性能对实验结果影响的研究

　　热分析仪器炉体是否密封良好?对测试结果将产生什么影响?氮气是否起到保护作用?

　　热重法测试炭黑含量的基本流程是：在氮气保护条件下，将样品升温至高温区某一温度，恒温5分钟，后通入氧气，继续保持恒温至样品重量不再损失。

　　热重分析仪天平在称重时，支架不能与其他物体接触，因此目前部分常规热重分析仪的炉体为非密封状态。在需要通入氮气进行保护的实验中，空气进入非密封的炉体，会使样品与空气中的氧气或其他气体发生反应，从而导致样品测试结果失真，表现为氮气保护段重量损失偏大，氧气氧化段(即炭黑含量)重量损失偏小。

　　上海盈诺精密仪器有限公司依据客户提出的测试需求：“热重法测试炭黑含量”，而研发的一款TGA-C系列热重分析仪，增加了密封系统、天平恒温系统，避免空气进入的影响，使测试炭黑含量更加准确。

　　TGA-C系列热重分析仪、ZH-C系列综合热分析仪的成功研发，弥补了炉体漏气的问题，实验中通入氮气时，空气不能进入炉体，从而使样品的升温过程处于氮气的保护之下，避免了炭黑的提前氧化。

　　为了探讨密封系统对实验结果的影响，分别在两种不同结构的设备上进行了对比实验(样品为2016年江阴某单位提供的色母粒)：

　　使用该样品进行实验的原因是由于其炭黑含量高。当炉体漏气时，炭黑与空气中的氧气发生反应，生成灰分，残渣中会出现一部分灰白色组分。可依据其判断炉体是否密封完好，是否有空气的进入;也可根据残渣中灰分的含量，判断其密封效果。

图1 未进行实验的色母粒颗粒样品

图2 色母粒在两种不同型号设备上进行实验后的残渣

　　从图2中可以看出，在两种型号设备上进行的三次实验中，残渣出现灰分的量有显著差异。

　　TGA-A/B系列产品在不通气实验条件下，残渣中可观察到大量灰分，说明样品氧化程度较高;

　　TGA-A/B系列产品在通入氮气进行实验时，存在少量灰分，说明仅有部分样品被氧化，实验中有部分空气进入，与不通气时的结果进行对比，灰分减少，证明该设备在通入氮气时，对样品反应起到一定的保护作用，但并未完全保护;

　　TGA-C系列产品实验后的残渣均为黑色粉末，未发现炭黑被氧化，证明该设备密封性良好，达到氮气保护的作用。

图3 常规热重分析仪TGA-1000B(TGA-A/B系列)未通入气体条件下的热重曲线

　　TGA-A/B系列产品在未通气条件下，样品重量持续损失，结合图2可知，持续失重的部分是炭黑，炭黑与空气中的氧反应，生成CO₂，使样品的重量损失。

图4 常规热重分析仪TGA-1000B(TGA-A/B系列)在氮气保护条件下的热重曲线

　　TGA-A/B系列产品在通氮气条件下，样品重量缓慢损失，结合图2与图3可知，由于空气进入量少，样品的氧化较慢。

图5 加密封系统热重分析仪TGA-1000C(TGA-C系列)在氮气保护条件下的热重曲线

　　TGA-C系列产品在通氮气条件下，从图5可以看出，重量保持稳定，结合图2中残渣的外观，未观测到炭黑被氧化，证明该设备密封性良好，可以起到氮气保护的作用。

　　注：实验条件为：起始温度为室温，终止温度为650℃，在650℃保持恒温30分钟(参照炭黑含量测试仪“垂直燃烧法”中热解实验条件进行)。

　　结语：根据以上信息说明，如果样品中存在易被氧化的成分(或含有易与空气中某气体反应的成分)，实验条件要求通入氮气或其他非腐蚀性气体保护，或要求切换实验中的惰性气体与其他气体，建议根据对实验结果误差大小的要求，选择TGA-A/B或者TGA-C系列设备：

　　盈诺进阶的TGA-Q系列热重分析仪、综合热分析，采用德国进口赛多利斯十万分之一克天平，数据更加稳定，性价比更高，仅需5mg微量样品即可进行实验测试数据，包括TGA-QB与TGA-QC系列。

图6 搭载赛多利斯天平设备的热重曲线（进样量：5mg）

　　如对文中数据和论点保有问题，欢迎与盈诺联系，进行实验的比对与探讨，期待着各位科研人员的指正。

(供稿：上海盈诺)