【收藏】最全热分析技术整理！9类17种，科研人员必备！

　　物质在加热或冷却过程中的某一特定温度下往往会伴随吸热或放热效应的物理、化学变化，如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、融化等物理变化以及氧化还原、分解、脱水等化学变化。一些物理变化如玻璃化转变，虽无热效应发生，但热熔等某些物理性质也会发生改变。此时的物质不一定改变，但是温度是必定会变化的。热分析技术能够在程序控温和一定气氛下，检测物理转变和化学变化过程中的热效应，从而判断其机理过程。

热分析技术用于检测物理转变过程热效应　

热分析技术用于检测化学变化过程热效应

　　1977年，国际热分析协会(ICTA, International Conference on Thermal Analysis)第七次会议在日本京都召开，并对热分析进行了如下定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。热分析技术分为9类17种，在化学、化工、冶金、地质、建材、燃料、轻纺、食品、生物等多个领域得到广泛应用。

9类17种热分析技术

　　常用的热分析技术主要为热重法、差热分析、差式扫描量热法。

　　以下将介绍热分析技术在研究中的应用：

　　热重法

　　热重法，是在程序控温和一定气氛下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。热重法得到的曲线称为热重曲线(即TG曲线)。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少，以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。

　　从热重法可派生出微商热重法(DTG)和二阶微商热重法(DDTG)，前者是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数，后者是TG曲线对温度(或时间)的二阶导数。

　　此外，与热重法相关的方法又包含了动态质量变化测量方法，等温质量变化测量法，控制速率热分析法，自动分步TGA法等。

　　通过分析热重曲线，可以知道：

　　挥发性组分的蒸发，干燥，气体、水分和其他挥发性物质的解吸附和吸附，结晶水的失去；

　　在空气或氧气中金属的氧化；

　　在空气或氧气中有机物的氧化分解；

　　在惰性气氛中的热分解，伴随有气体产物的生成；

　　试样与气氛的非均相反应；

　　排出产物的反应，如去碳酸基反应或缩合反应；

　　非均匀磁场中测试铁磁材料的居里转变等。

　　常用应用举例：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;反应机制的研究等。

　　等压质量变化测定　　

　　等压质量变化测定又称自发气氛热重分析，是测量并研究物质在恒定挥发物分压下的平衡质量与温度关系的热分析方法。通常采用可进行气氛调节的热天平，利用试样分解挥发的气体作为气氛，控制在恒定的大气压下测量质量随温度的变化。采用自发恒定气氛，可减少氧化过程的干扰。

　　应用：适用于研究物质的热分解、蒸馏过程及挥发、气敏、爆破等材料。

　　差示扫描量热法

　　差示扫描量热法是在程序控温和一定气氛下，测量输入到试样和参比物的热流速率或加热功率（差）与温度或时间的关系，得到的曲线称为DSC曲线。差示扫描量热法可以测量多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。差示扫描量热仪可分为热流型DSC和功率补偿型DSC。近年来，又发展出了高压差示扫描量热仪、光量热DSC仪、DSC显微镜系统等。

　　与差示扫描量热法相关的方法还包括了温度调制式差示扫描量热法、步进扫描式DSC、光照差示扫描量热法等。

　　差热分析

　　差示热分析简称差热分析，是在程序控温和一定气氛下，测定待测物质和参比物之间的温度差和温度或时间关系的一种技术。当给予被测物和参比物同等热量时，因二者对热的性质不同，其升温情况必然不同。以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座标所得的曲线，称为DTA曲线。差热分析应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，广泛用于地质、冶金、石油、建材、化工等行业。

　　热机械分析

　　程序控温非振动恒定应力下，测量试样形变与温度或时间关系。

　　应用：测量热效应；表征热效应温度；测量形变程度；测量热膨胀系数。

　　动态热机械分析

　　程序控温振动应力下，测量试样的动态模量和力学损耗与温度关系。

　　按振动模式，可分为自由衰减振动法、强迫共振法、非强迫共振法、声波传播法；按形变模式，可分为拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲。

　　应用：玻璃化转变和熔化测试；二级转变的测试；频率效应；转变过程的最佳化；弹性体非线性特性的表征；疲劳试验；材料老化的表征；浸渍实验；长期蠕变预估等。

　　热膨胀法

　　热膨胀法，是通过测量金属材料热循环过程中线性应变与时间和温度的关系，可分为线膨胀法和体膨胀法，可用于研究钢铁材料固态相变等。

　　逸出气体检测和分析

　　逸出气体检测与分析，一般采用联用技术的方法。联用技术分为同时、串联、间歇联用，常见的有与红外光谱、气相色谱、质谱联用。

　　放射热分析

　　在程序控温下，对物质释放出的放射性物质与温度关系的分析。

　　热微粒分析

　　在程序控温条件下测量物质所放出的微粒物质与温度的关系的一种技术，常用于测量并研究物质所放出的尺寸小于0.1μm的微粒物质与温度关系。

　　加热曲线测定

　　测量物质在加热过程中的温度与程序温度或时间关系的热分析方法。在加热过程中，若试样无热效应，曲线呈直线型;若试样有热效应，曲线突变或转折。据此可测定物质的熔点、凝固点等。与此相应还有冷却曲线测定，二者一结合可用于相图研究。

　　热声学法

　　热声学法分为热发声法和热传声法。热声学法是在程序温度下，测量物质发出的声音与温度关系的技术。热传声法是在程序温度下，测量通过物质后的声波特性与温度的关系的技术。

　　物质在某特定温度时，可能会因发生机械断裂、包裹体爆破、夹杂物喷出、体积膨胀或塑性变形等变化而产生振动噪音发声。热发声法又称热发声分析，是测量并研究物质的声发射与温度关系的热分析方法。用热声分析仪测量声强随温度的变化，能准确判断试样发声时的温度及其变化的程度。常用于研究矿物包裹体的爆裂温度、成分、性质和理化条件以及一些微量物质的鉴别。

　　热光学法

　　在程序控温和一定气氛下，测量试样的光学特性与温度或时间关系的技术。

　　热电学法

　　在程序控温和一定气氛下，测量试样在外加电场作用下的电学特性与温度关系的技术。

　　热磁学法

　　在程序控温和一定气氛下，测量试样的磁化率与温度关系的技术。

　　联用技术

　　在程序控温和一定气氛下，对一个试样采用两种或多种热分析技术。

两种常见热分析联用技术的特点与优点

　　同时联用技术

　　在程序控温和一定气氛下，对一个试样同时采用两种或多种热分析技术，如TG-DSC。

　　串接联用技术

　　在程序控温和一定气氛下，对一个试样采用两种或多种热分析技术，第二种分析仪器通过接口与第一种分析仪器相串联的技术，如TG-DSC/FT-IR，TG-DSC/MS。

　　间歇联用技术

　　在程序控温和一定气氛下，对一个试样同时采用两种或多种热分析技术，仪器的联接形式同串联联用技术，即第二种分析仪器通过接口与第一种仪器相串联，但第二种分析技术的采样是不连续的，如TG/GC。

　　微区热分析

　　将原子力显微镜(AFM)与热分析(如DTA,TMA)相结合的一种技术，采用微小的热阻探针(该探针既是热源又是检测其)测试试样的形貌图像和热导率，可根据图像选择任意点以一定的升温速率进行原位热分析表征。

常见热分析技术用到的仪器及对应仪器厂商

　　热分析对于诸多行业、各类物质的研究工作至关重要，仪器信息网特此邀请热分析领域专家，于2020年9月15-16日举办第六届“热分析与联用技术”网络研讨会，为广大热分析研究人员介绍热分析及联用技术最新应用和前沿动态。

报名链接：　　　　　　https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/thermalanalysis2020/

　　参考资料：

　　《热分析简明教程》，刘振海，陆立明，唐远旺编著。

　　GB/T6425-2008 热分析术语