綜合熱分析儀基本原理及應(yīng)用解析

　　綜合熱分析儀是一種在材料科學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛的分析儀器，它能夠?qū)ξ镔|(zhì)在加熱或冷卻過程中的多種物理化學(xué)變化進(jìn)行同步分析，其基本原理涉及多個(gè)方面。

　　一、熱重分析（TG）原理

　　熱重分析是綜合熱分析儀的重要組成部分。它的基本原理是基于物質(zhì)在受熱過程中質(zhì)量會(huì)隨著溫度變化而發(fā)生改變這一特性。當(dāng)樣品被放置在程序控溫的爐子中加熱或冷卻時(shí)，如果發(fā)生了揮發(fā)、升華、脫水、分解等導(dǎo)致質(zhì)量變化的過程，通過高精度的天平就能實(shí)時(shí)記錄下樣品質(zhì)量與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制出熱重曲線（TG曲線）。例如，含有結(jié)晶水的化合物在加熱時(shí)，隨著溫度升高，結(jié)晶水逐漸脫去，樣品質(zhì)量相應(yīng)減少，在TG曲線上就會(huì)呈現(xiàn)出質(zhì)量下降的臺(tái)階，通過分析這個(gè)臺(tái)階的溫度范圍、質(zhì)量變化數(shù)值等，可以了解樣品中水分含量以及相關(guān)脫水反應(yīng)發(fā)生的溫度區(qū)間等情況。
 

　　二、差熱分析（DTA）原理

　　差熱分析同樣是綜合熱分析儀的關(guān)鍵功能模塊。它依據(jù)的是物質(zhì)在發(fā)生物理或化學(xué)變化時(shí)，往往會(huì)伴隨著放熱或吸熱現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致樣品與參比物之間的溫度差出現(xiàn)變化。在測(cè)試時(shí)，將樣品和一種在測(cè)試溫度范圍內(nèi)不發(fā)生任何相變且熱穩(wěn)定性良好的參比物（如氧化鋁等）分別放在兩個(gè)相同的坩堝中，然后置于相同的加熱或冷卻環(huán)境下。當(dāng)樣品發(fā)生相變、化學(xué)反應(yīng)等吸熱或放熱過程時(shí)，樣品與參比物之間就會(huì)產(chǎn)生溫度差，通過差熱電偶等溫度傳感器能把這個(gè)溫度差信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，繪制出差熱分析曲線（DTA曲線）。比如，當(dāng)樣品發(fā)生熔化吸熱過程時(shí)，其在DTA曲線上會(huì)呈現(xiàn)出吸熱峰，通過分析吸熱峰的位置、形狀等，可以知曉樣品的熔點(diǎn)等相變溫度信息。

　　三、差示掃描量熱分析（DSC）原理

　　差示掃描量熱分析原理與差熱分析類似，但更側(cè)重于精確測(cè)量熱量的變化。它通過施加一定的功率補(bǔ)償，使得樣品與參比物在整個(gè)測(cè)試過程中盡可能保持溫度一致，而所補(bǔ)償?shù)墓β蚀笮∨c樣品的吸熱或放熱量直接相關(guān)。當(dāng)樣品發(fā)生熱效應(yīng)時(shí)，儀器會(huì)自動(dòng)調(diào)整施加在樣品坩堝上的功率，使樣品和參比物溫度維持相同，根據(jù)功率隨溫度變化的情況繪制出DSC曲線。例如對(duì)于材料的固化反應(yīng)，在DSC曲線上會(huì)出現(xiàn)放熱峰，并且可以通過峰面積等量化計(jì)算出反應(yīng)釋放的熱量等參數(shù)。

　　綜合熱分析儀通過整合熱重分析、差熱分析和差示掃描量熱分析等原理，能夠全面、深入地分析物質(zhì)在熱過程中的各種物理化學(xué)變化，為材料研發(fā)、質(zhì)量控制等眾多領(lǐng)域提供有力的數(shù)據(jù)支持。