热重差热分析（TG-DTA）是同步热分析技术的代表方法，在同一次测试中同时采集热重（TG）信号和差热（DTA）信号。TG信号记录样品质量随温度的变化，DTA信号记录样品与参比物之间的温度差随温度的变化。TG-DTA联用技术能够将质量变化与热效应信息对应起来，为材料的热分解行为、相变过程和组分含量提供更全面的表征数据。
一：热重差热分析的重要性
单独使用热重分析时，仅能获取质量随温度的变化信息，无法区分质量变化过程中伴随的吸热或放热效应。单独使用差热分析时，仅能获取热效应信息，无法判断热效应是否伴随质量变化。TG-DTA同步分析将两种信号关联，通过对比同一温度下TG和DTA曲线的变化，可以准确判断材料在加热过程中的物理和化学变化类型。
TG-DTA分析的重要性维度
- 热分解过程解析：通过TG失重台阶和DTA热效应的对应关系，判断分解过程是吸热还是放热，辅助推断分解机理
- 相变温度测定：通过DTA曲线上的吸热峰测定材料的熔融温度和晶型转变温度
- 组分含量分析：通过TG曲线的失重台阶定量分析材料的组分含量
- 氧化和燃烧行为评价：通过DTA曲线上的放热峰评价材料的氧化稳定性和燃烧特性
- 材料鉴别：通过TG-DTA曲线的特征形态区分不同材料，建立材料指纹图谱
- 工艺条件优化：为材料的烧结、煅烧和热处理工艺提供温度参数
二：分析原理与应用
TG-DTA同步热分析仪在同一炉体中同时测量TG和DTA信号。TG信号通过精密天平记录样品质量随温度的变化，DTA信号通过测量样品与惰性参比物之间的温度差随温度的变化获得。当样品发生吸热或放热反应时，样品温度相对于参比物出现滞后或超前，形成DTA曲线上的吸热峰或放热峰。
TG曲线与DTA曲线的联合解读
| TG变化 | DTA信号 | 对应过程 | 典型温度 |
|---|---|---|---|
| 失重 | 吸热峰 | 脱水、分解、升华 | 100~500 ℃ |
| 失重 | 放热峰 | 氧化分解、燃烧 | 300~600 ℃ |
| 无失重 | 吸热峰 | 熔融、晶型转变 | 根据材料而定 |
| 无失重 | 放热峰 | 结晶、固化 | 根据材料而定 |
| 增重 | 放热峰 | 氧化 | 200~600 ℃ |
TG-DTA分析在多个领域具有广泛应用。在高分子材料中，通过TG-DTA可评价材料的热稳定性、氧化诱导期和组分含量。在无机材料中，通过TG-DTA可测定碳酸盐和氢氧化物的分解温度，评价原料的煅烧工艺条件。在药物分析中，通过TG-DTA可测定药物的熔融温度和晶型转变行为，评价药物晶型的稳定性。
主要设备
- 同步热分析仪（TG-DTA）：配备精密天平和DTA传感器，温度范围覆盖室温至1500 ℃
- 气氛控制系统：提供氮气、空气、氧气等不同气氛，可进行气氛切换
- 坩埚：氧化铝坩埚、铂金坩埚，根据样品性质和温度范围选择
- 参比物质：通常使用氧化铝粉末作为参比物
- 分析天平：精度0.01 mg，用于样品称量
- 数据采集与处理软件：用于TG和DTA曲线的记录和联合分析
三：相关标准
热重差热分析的标准体系涵盖热重分析标准和差热分析标准。
基础标准
- GB/T 27761-2011《热重分析仪失重和剩余量的试验方法》：规定热重分析仪测定材料失重和剩余量的方法
- GB/T 19466.1-2004《塑料 差示扫描量热法（DSC）第1部分：通则》：规定DSC分析的一般方法，DSC与DTA的原理和信号解读有相似之处
- GB/T 33047.1-2016《塑料 聚合物热重法（TG）第1部分：通则》：规定聚合物热重分析的一般方法
- GB/T 14837.1-2014《橡胶和橡胶制品 热重分析法测定硫化胶和未硫化胶的成分》：规定用TGA测定橡胶各组分含量的方法
相关标准
- ISO 11358-1:2022：Plastics — Thermogravimetry (TG) of polymers — Part 1: General principles
- ASTM E1131-20：Standard Test Method for Compositional Analysis by Thermogravimetry
四：分析流程
热重差热分析的完整流程从样品接收到报告编制，包含以下步骤。
样品准备与仪器校准
- 观察样品的外观、颜色和物理状态，记录样品信息
- 将样品切割或研磨至适当大小，确保样品均匀
- 使用分析天平称取5~20 mg样品，精确至0.01 mg
- 将样品置于坩埚中，另取等量氧化铝作为参比物
- 使用标准样品（如铟、锡或草酸钙）校准仪器的温度和热流信号
分析操作
- 设置分析参数：升温速率、温度范围、气氛类型和气体流量
- 将装有样品的坩埚和装有参比物的坩埚分别放置于TG-DTA的样品臂和参比臂上
- 启动程序，按设定的升温速率加热样品
- 同时记录TG曲线和DTA曲线
- 对于需要气氛切换的测试，在设定温度点切换气氛
- 分析结束后，待炉体冷却后取出坩埚
数据处理与报告编制
- 对TG曲线进行基线校正和归一化处理，识别各失重台阶
- 对DTA曲线进行基线校正，识别吸热峰和放热峰的温度和面积
- 将TG失重台阶与DTA热效应进行对应分析
- 计算各组分的含量，如水分、挥发分、树脂和无机填料含量
- 确定热分解温度、熔融温度和相变温度等关键参数
- 编制分析报告，包含样品信息、分析条件、TG-DTA曲线和综合分析结果
五：第三方分析服务
热重差热分析涉及TG和DTA两种信号的采集和联合解读，对分析人员的专业经验和数据解析能力要求较高。第三方检测机构在设备配置、方法开发和综合解析方面具备系统能力。
服务范围
- 按GB/T 27761-2011执行热重分析测试
- 按GB/T 14837.1-2014执行橡胶组分含量的TGA测定
- 材料的热分解行为和热稳定性评价
- 高分子材料中增塑剂、树脂、炭黑和灰分含量的测定
- 无机材料的分解温度和煅烧工艺参数评价
- 药物的熔融温度和晶型转变行为分析
- 不同材料热性能的对比评价
设备与能力
热重差热分析系统由同步热分析仪、气氛控制系统和数据分析软件组成。同步热分析仪配备精密天平和DTA传感器，温度范围覆盖室温至1500 ℃，能够在同一次测试中同时采集TG和DTA信号。实验室在热分析领域具备多标准执行经验，能够根据样品类型和分析目的设计合理的测试方案。
六：热性能评价
热性能评价围绕热分解行为、组分含量和热转变温度三个维度展开，形成对材料热性能的综合判断。
热分解行为评价
TG曲线提供热分解过程中的质量变化信息，DTA曲线提供伴随的热效应信息。通过TG-DTA联合分析，可以判断分解过程是吸热反应还是放热反应。脱水、碳酸盐分解和某些有机物的热分解通常表现为吸热过程，而氧化分解和燃烧通常表现为放热过程。对于高分子材料，起始分解温度和最大失重速率温度是评价热稳定性的核心指标。
组分含量评价
TG曲线上的多个失重台阶对应不同组分的分解或挥发。通过各失重台阶的质量损失百分比，可以计算各组分的含量。对于高分子材料，低温区失重对应水分和挥发分，中温区失重对应增塑剂和树脂分解，空气气氛下高温区失重对应炭黑氧化，残留物为无机灰分。TG-DTA分析可以提供比单独TG分析更全面的组分信息，DTA信号可以辅助确认失重台阶对应的物理化学过程。
热转变温度评价
- 熔融温度：DTA曲线上的吸热峰对应材料的熔融过程，峰温即为熔融温度
- 晶型转变温度：DTA曲线上的吸热峰对应晶型转变，可用于评价材料的多晶型行为
- 氧化诱导温度：DTA曲线上的放热峰对应材料的氧化起始温度，评价材料的抗氧化性能
- 烧结温度：无机材料在烧结过程中伴随的吸热或放热效应可用于确定烧结温度范围
热性能评价的关键控制点
- 升温速率应统一，不同升温速率下测得的分解温度和热效应温度不同
- 样品量应适当，样品量过大会导致热滞后和分解温度偏高
- 气氛类型和流量应严格控制，氧化性气氛和惰性气氛下热分解行为差异显著
- 参比物的选择应稳定不反应，通常使用氧化铝粉末
- DTA曲线的基线校正对热效应温度的准确测定至关重要
- 分析报告中应明确升温速率、气氛类型、样品量和坩埚材质
七：总结
热重差热分析通过同步采集TG信号和DTA信号，为材料的热性能评价提供质量变化和热效应的对应信息。分析执行以GB/T 27761-2011和GB/T 19466系列标准为基本依据，升温速率、气氛类型和样品量是影响分析结果的关键参数。第三方分析服务在设备配置、方法开发和综合解析方面提供系统支持。热性能评价应综合热分解行为、组分含量和热转变温度，结合材料的应用场景，形成对材料热性能的综合判断。
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广州德恺检测作为第三方检测机构，业务涵盖材料检测、成分分析、第三方检测与EMC检测。所属集团具备CNAS、CMA资质，在全国各地设有分部，拥有10年检测经验。在热分析测试领域，可依据GB/T 27761-2011和GB/T 14837.1-2014等标准提供热重差热分析服务，涵盖热分解行为评价、组分含量分析、熔融温度和晶型转变温度测定，测试对象包括高分子材料、无机材料和药物等。欢迎联系专业工程师，获取热重差热分析的详细测试方案，常规周期为5至10个工作日，报价区间为600至2800元，具体费用根据测试条件和样品数量确定。
