一、技术原理：质量变化揭示物质热行为
热重分析仪(Thermogravimetric Analyzer, TGA)通过程序控温技术，精确测量样品在加热、冷却或恒温过程中质量随温度(或时间)的动态变化。其核心原理基于物质受热时发生的物理或化学变化(如蒸发、分解、氧化、还原等)，这些变化直接导致样品质量减少或增加。例如：
塑料在200-400℃时因有机物分解而失重；
无机材料(如碳酸钙)在600-700℃时分解为氧化钙和二氧化碳，释放气体导致质量下降；
金属材料在高温下可能因氧化生成氧化物，质量增加。
TGA通过连续记录质量变化，生成热重曲线(TG曲线)，横坐标为温度或时间，纵坐标为质量或质量百分比。曲线上的每个点对应特定温度下的质量状态，通过分析曲线特征(如失重台阶、斜率变化)，可获取材料的热稳定性、分解温度、反应动力学等关键信息。例如，聚合物材料的TG曲线通常显示多个失重台阶，分别对应挥发分(水、溶剂)、聚合物分解、炭燃烧等过程。
二、核心构造：精密系统保障测量准确性
TGA由五大核心模块构成，各模块协同工作以实现高精度测量：
高精度天平系统
功能：连续监测样品质量变化，灵敏度达0.1μg(微克级)，可捕捉微小质量波动。
设计：采用电磁力平衡原理或石英弹簧结构，确保在高温环境下仍能稳定工作。
应用：例如，在药物分析中，天平可精确测量样品中水分含量(如0.1%级湿度变化)。
程序控温加热炉
温度范围：室温至1500℃(部分型号可达1600℃)，覆盖绝大多数材料测试需求。
控温精度：±0.25℃，确保温度变化的线性度和重复性。
加热速率：0.1-200℃/min可调，适应不同实验场景(如快速热分解或缓慢升温模拟实际工况)。
结构：炉体采用铂铑合金加热元件，配合水冷系统防止过热，坩埚支架设计减少热传导误差。
气体管理系统
功能：控制样品周围气氛(如惰性气体N₂、Ar或反应性气体O₂、Air)，模拟不同环境条件。
设计：多路气体切换阀、质量流量计(MFC)精确控制气体流量(如10-200mL/min)，避免气流波动影响测量。
应用：例如，在金属材料测试中，使用Ar气防止高温氧化；在催化剂研究中，切换O₂/N₂气氛观察氧化还原反应。
数据采集与处理系统
硬件：24bit高精度AD转换器，采样频率达100Hz，确保数据无丢失。
软件：支持多曲线叠加分析(如TG-DTG联用)、动力学模型拟合(如Flynn-Wall-Ozawa法)、自动生成报告功能。
输出：生成TG曲线、微商热重曲线(DTG曲线，质量变化速率对温度的导数)，揭示反应速率峰值温度等细节。
样品坩埚与传感器保护装置
坩埚材质：根据样品特性选择(如氧化铝坩埚用于高温测试，铂金坩埚用于腐蚀性样品)。
保护设计：当测试温度超过1300℃时，在坩埚与传感器间垫入蓝宝石片，防止样品与铂传感器反应；对于爆炸性样品，采用微量测试(<5mg)并配备防爆罩。
三、技术优势与应用场景
TGA凭借其非破坏性、高灵敏度和宽温度范围，成为材料研发、质量控制和工艺优化的关键工具：
材料科学：评估聚合物热稳定性(如塑料、橡胶的耐温等级)、分析复合材料组分(如玻璃纤维含量)。
化学工程：研究催化剂活性(如通过失重曲线计算催化剂烧结温度)、优化热解工艺(如生物质气化条件)。
医药领域：测定药物水分含量(如符合药典要求的卡尔费休法替代方案)、评估辅料对稳定性的影响(如比较不同配方TG曲线)。
环境科学：分析污染物热分解特性(如塑料垃圾在焚烧炉中的行为)、评估材料耐候性(如模拟高温高湿环境下的质量变化)。
四、热重分析仪技术发展趋势
现代TGA正朝更高精度、更宽温域和多功能联用方向发展：
超微量天平：灵敏度提升至0.01μg，适用于纳米材料测试。
高压TGA：压力范围扩展至100bar，模拟深海或化工高压环境。
联用技术：与质谱(MS)、红外光谱(FTIR)或差示扫描量热仪(DSC)联用，实现质量变化与气体产物或热效应的同步分析(如TGA-MS联用鉴定分解产物种类)。
服务热线：400-617-1658
更新时间：2025-09-26
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