差熱熱重聯(lián)用儀(Differential Scanning Calorimetry-Thermogravimetry,DSC-TG)是結(jié)合了差熱分析(DSC)和熱重分析(TGA)的儀器,能夠同步測量物質(zhì)在程序控溫下的熱效應(yīng)和質(zhì)量變化。
1.熱重分析(TGA)原理
熱重分析通過監(jiān)測樣品在程序控溫下的質(zhì)量變化,研究其與溫度或時(shí)間的關(guān)系。具體過程如下:
-質(zhì)量測量:樣品被置于坩堝中,加熱過程中因揮發(fā)、分解、氧化等反應(yīng)導(dǎo)致質(zhì)量減少或增加,通過精密天平實(shí)時(shí)記錄質(zhì)量變化(精度可達(dá)微克級(jí))。
-程序控溫:儀器以恒定速率升溫、降溫或恒溫,模擬不同熱環(huán)境,觀察樣品的熱穩(wěn)定性、分解溫度等特性。
2.差熱分析(DSC)原理
差熱分析通過對(duì)比樣品與參比物的熱量差異,分析材料的熱效應(yīng)。具體過程如下:
-溫度差測量:樣品與參比物(惰性材料)被置于相同的加熱環(huán)境中,兩者因熱容、相變或化學(xué)反應(yīng)的差異產(chǎn)生溫度差,通過緊貼樣品的熱電偶實(shí)時(shí)記錄溫差。
-熱效應(yīng)分析:吸熱或放熱過程(如熔融、結(jié)晶、分解)會(huì)導(dǎo)致溫差變化,形成DSC曲線,用于計(jì)算焓變、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等參數(shù)。
3.聯(lián)用技術(shù)優(yōu)勢
通過同步采集TGA和DSC信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品熱行為和質(zhì)量變化的關(guān)聯(lián)分析。例如:
-分解反應(yīng)研究:TGA可檢測質(zhì)量損失,DSC可判斷是否為吸熱分解;
-相變過程分析:DSC識(shí)別熔融或結(jié)晶溫度,TGA驗(yàn)證是否伴隨質(zhì)量變化。
差熱熱重聯(lián)用儀的優(yōu)點(diǎn):
-同步分析:一次實(shí)驗(yàn)即可獲得熱效應(yīng)和質(zhì)量變化的雙向信息,避免重復(fù)測試,節(jié)省時(shí)間。
-數(shù)據(jù)互補(bǔ):TGA提供質(zhì)量變化規(guī)律,DSC揭示能量變化機(jī)制,兩者結(jié)合可更準(zhǔn)確推斷反應(yīng)類型(如區(qū)分熔化與分解)。
-溫度控制準(zhǔn)確:程序控溫誤差小(±0.1℃以內(nèi)),確保測試結(jié)果的重復(fù)性和可靠性。
-微小信號(hào)捕捉:可檢測微克級(jí)質(zhì)量變化和毫焦級(jí)熱效應(yīng),適用于痕量樣品或微弱反應(yīng)。
-材料科學(xué):研究高分子材料熱穩(wěn)定性、金屬合金相變、陶瓷燒結(jié)過程。
-藥物研發(fā):分析藥品結(jié)晶水含量、分解溫度及晶型轉(zhuǎn)變。
-能源與化工:評(píng)估催化劑性能、燃料熱分解特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
-自動(dòng)化流程:從升溫程序設(shè)置到數(shù)據(jù)采集均可由軟件控制,減少人為誤差。
-多功能校準(zhǔn):通過居里點(diǎn)校正、金屬絲熔斷標(biāo)定等技術(shù),確保溫度和質(zhì)量測量的準(zhǔn)確性。