物質(zhì)在加熱或冷卻過程中的某一特定溫度下往往會(huì)伴隨吸熱或放熱效應(yīng)的物理、化學(xué)變化，如晶型轉(zhuǎn)變、沸騰、升華、蒸發(fā)、融化等物理變化以及氧化還原、分解、脫水等化學(xué)變化。一些物理變化如玻璃化轉(zhuǎn)變，雖無熱效應(yīng)發(fā)生，但熱熔等某些物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。此時(shí)的物質(zhì)不一定改變，但是溫度是必定會(huì)變化的。熱分析技術(shù)能夠在程序控溫和一定氣氛下，檢測(cè)物理轉(zhuǎn)變和化學(xué)變化過程中的熱效應(yīng)，從而判斷其機(jī)理過程。

熱分析技術(shù)用于檢測(cè)物理轉(zhuǎn)變過程熱效應(yīng)　

熱分析技術(shù)用于檢測(cè)化學(xué)變化過程熱效應(yīng)

9類17種熱分析技術(shù)

        常用的熱分析技術(shù)主要為熱重法、差熱分析、差式掃描量熱法。 　　

        以下將介紹熱分析技術(shù)在研究中的應(yīng)用： 　　

        熱重法 　　

        熱重法，是在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度或時(shí)間的關(guān)系的方法。熱重法得到的曲線稱為熱重曲線(即TG曲線)。TG曲線以質(zhì)量作縱坐標(biāo)，從上向下表示質(zhì)量減少，以溫度(或時(shí)間)作橫坐標(biāo)，自左至右表示溫度(或時(shí)間)增加。 　　

        從熱重法可派生出微商熱重法(DTG)和二階微商熱重法(DDTG)，前者是TG曲線對(duì)溫度(或時(shí)間)的一階導(dǎo)數(shù)，后者是TG曲線對(duì)溫度(或時(shí)間)的二階導(dǎo)數(shù)。 　　

        此外，與熱重法相關(guān)的方法又包含了動(dòng)態(tài)質(zhì)量變化測(cè)量方法，等溫質(zhì)量變化測(cè)量法，控制速率熱分析法，自動(dòng)分步TGA法等。 　　

        通過分析熱重曲線，可以知道： 　　

        揮發(fā)性組分的蒸發(fā)，干燥，氣體、水分和其他揮發(fā)性物質(zhì)的解吸附和吸附，結(jié)晶水的失去； 　　

        在空氣或氧氣中金屬的氧化； 　　

        在空氣或氧氣中有機(jī)物的氧化分解； 　　

        在惰性氣氛中的熱分解，伴隨有氣體產(chǎn)物的生成； 　　

        試樣與氣氛的非均相反應(yīng)； 　　

        排出產(chǎn)物的反應(yīng)，如去碳酸基反應(yīng)或縮合反應(yīng)； 　　

        非均勻磁場(chǎng)中測(cè)試鐵磁材料的居里轉(zhuǎn)變等。　　

        常用應(yīng)用舉例：無機(jī)物、有機(jī)物及聚合物的熱分解;金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程；固態(tài)反應(yīng);礦物的煅燒和冶煉;液體的蒸餾和汽化;煤、石油和木材的熱解過程；含濕量、揮發(fā)物及灰分含量的測(cè)定;升華過程;脫水和吸濕;爆炸材料的研究;反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究;發(fā)現(xiàn)新化合物;吸附和解吸;催化活度的測(cè)定;表面積的測(cè)定;氧化穩(wěn)定性和還原穩(wěn)定性的研究;反應(yīng)機(jī)制的研究等。 　　 　　

        等壓質(zhì)量變化測(cè)定　　 　　

        等壓質(zhì)量變化測(cè)定又稱自發(fā)氣氛熱重分析，是測(cè)量并研究物質(zhì)在恒定揮發(fā)物分壓下的平衡質(zhì)量與溫度關(guān)系的熱分析方法。通常采用可進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)的熱天平，利用試樣分解揮發(fā)的氣體作為氣氛，控制在恒定的大氣壓下測(cè)量質(zhì)量隨溫度的變化。采用自發(fā)恒定氣氛，可減少氧化過程的干擾。 　　

        應(yīng)用：適用于研究物質(zhì)的熱分解、蒸餾過程及揮發(fā)、氣敏、爆破等材料。 　　

        差示掃描量熱法　　

        差示掃描量熱法是在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量輸入到試樣和參比物的熱流速率或加熱功率（差）與溫度或時(shí)間的關(guān)系，得到的曲線稱為DSC曲線。差示掃描量熱法可以測(cè)量多種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，例如比熱容、反應(yīng)熱、轉(zhuǎn)變熱、相圖、反應(yīng)速率、結(jié)晶速率、高聚物結(jié)晶度、樣品純度等。差示掃描量熱儀可分為熱流型DSC和功率補(bǔ)償型DSC。近年來，又發(fā)展出了高壓差示掃描量熱儀、光量熱DSC儀、DSC顯微鏡系統(tǒng)等。 　　與差示掃描量熱法相關(guān)的方法還包括了溫度調(diào)制式差示掃描量熱法、步進(jìn)掃描式DSC、光照差示掃描量熱法等。 　　 　　

        差熱分析　　

        差示熱分析簡(jiǎn)稱差熱分析，是在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)定待測(cè)物質(zhì)和參比物之間的溫度差和溫度或時(shí)間關(guān)系的一種技術(shù)。當(dāng)給予被測(cè)物和參比物同等熱量時(shí)，因二者對(duì)熱的性質(zhì)不同，其升溫情況必然不同。以參比物與樣品間溫度差為縱坐標(biāo)，以溫度為橫座標(biāo)所得的曲線，稱為DTA曲線。差熱分析應(yīng)用于測(cè)定物質(zhì)在熱反應(yīng)時(shí)的特征溫度及吸收或放出的熱量，廣泛用于地質(zhì)、冶金、石油、建材、化工等行業(yè)。 　　

        熱機(jī)械分析　　

        程序控溫非振動(dòng)恒定應(yīng)力下，測(cè)量試樣形變與溫度或時(shí)間關(guān)系。 　　

        應(yīng)用：測(cè)量熱效應(yīng)；表征熱效應(yīng)溫度；測(cè)量形變程度；測(cè)量熱膨脹系數(shù)。 　　

        動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析　　

        程序控溫振動(dòng)應(yīng)力下，測(cè)量試樣的動(dòng)態(tài)模量和力學(xué)損耗與溫度關(guān)系。 　　

        按振動(dòng)模式，可分為自由衰減振動(dòng)法、強(qiáng)迫共振法、非強(qiáng)迫共振法、聲波傳播法；按形變模式，可分為拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲。 　　

        應(yīng)用：玻璃化轉(zhuǎn)變和熔化測(cè)試；二級(jí)轉(zhuǎn)變的測(cè)試；頻率效應(yīng)；轉(zhuǎn)變過程的最佳化；彈性體非線性特性的表征；疲勞試驗(yàn)；材料老化的表征；浸漬實(shí)驗(yàn)；長期蠕變預(yù)估等。 　　 　　

        熱膨脹法　　

        熱膨脹法，是通過測(cè)量金屬材料熱循環(huán)過程中線性應(yīng)變與時(shí)間和溫度的關(guān)系，可分為線膨脹法和體膨脹法，可用于研究鋼鐵材料固態(tài)相變等。 　　 　　

        逸出氣體檢測(cè)和分析　　

        逸出氣體檢測(cè)與分析，一般采用聯(lián)用技術(shù)的方法。聯(lián)用技術(shù)分為同時(shí)、串聯(lián)、間歇聯(lián)用，常見的有與紅外光譜、氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用。 　　

        放射熱分析　　

        在程序控溫下，對(duì)物質(zhì)釋放出的放射性物質(zhì)與溫度關(guān)系的分析。 　　熱微粒分析 　　在程序控溫條件下測(cè)量物質(zhì)所放出的微粒物質(zhì)與溫度的關(guān)系的一種技術(shù)，常用于測(cè)量并研究物質(zhì)所放出的尺寸小于0.1μm的微粒物質(zhì)與溫度關(guān)系。 　　

        加熱曲線測(cè)定　　

        測(cè)量物質(zhì)在加熱過程中的溫度與程序溫度或時(shí)間關(guān)系的熱分析方法。在加熱過程中，若試樣無熱效應(yīng)，曲線呈直線型;若試樣有熱效應(yīng)，曲線突變或轉(zhuǎn)折。據(jù)此可測(cè)定物質(zhì)的熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)等。與此相應(yīng)還有冷卻曲線測(cè)定，二者一結(jié)合可用于相圖研究。 　　

        熱聲學(xué)法 　　

        熱聲學(xué)法分為熱發(fā)聲法和熱傳聲法。熱聲學(xué)法是在程序溫度下，測(cè)量物質(zhì)發(fā)出的聲音與溫度關(guān)系的技術(shù)。熱傳聲法是在程序溫度下，測(cè)量通過物質(zhì)后的聲波特性與溫度的關(guān)系的技術(shù)。 　　

        物質(zhì)在某特定溫度時(shí)，可能會(huì)因發(fā)生機(jī)械斷裂、包裹體爆破、夾雜物噴出、體積膨脹或塑性變形等變化而產(chǎn)生振動(dòng)噪音發(fā)聲。熱發(fā)聲法又稱熱發(fā)聲分析，是測(cè)量并研究物質(zhì)的聲發(fā)射與溫度關(guān)系的熱分析方法。用熱聲分析儀測(cè)量聲強(qiáng)隨溫度的變化，能準(zhǔn)確判斷試樣發(fā)聲時(shí)的溫度及其變化的程度。常用于研究礦物包裹體的爆裂溫度、成分、性質(zhì)和理化條件以及一些微量物質(zhì)的鑒別。 　　 　　

        熱光學(xué)法　　

        在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量試樣的光學(xué)特性與溫度或時(shí)間關(guān)系的技術(shù)。 　　

        熱電學(xué)法　　

        在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量試樣在外加電場(chǎng)作用下的電學(xué)特性與溫度關(guān)系的技術(shù)。 　　熱磁學(xué)法 　　在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量試樣的磁化率與溫度關(guān)系的技術(shù)。 　　

        聯(lián)用技術(shù)　　

        在程序控溫和一定氣氛下，對(duì)一個(gè)試樣采用兩種或多種熱分析技術(shù)。

兩種常見熱分析聯(lián)用技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)

        同時(shí)聯(lián)用技術(shù) 　　

        在程序控溫和一定氣氛下，對(duì)一個(gè)試樣同時(shí)采用兩種或多種熱分析技術(shù)，如TG-DSC。 　　

        串接聯(lián)用技術(shù)　　

        在程序控溫和一定氣氛下，對(duì)一個(gè)試樣采用兩種或多種熱分析技術(shù)，第二種分析儀器通過接口與第一種分析儀器相串聯(lián)的技術(shù)，如TG-DSC/FT-IR，TG-DSC/MS。 　　

        間歇聯(lián)用技術(shù)　　

        在程序控溫和一定氣氛下，對(duì)一個(gè)試樣同時(shí)采用兩種或多種熱分析技術(shù)，儀器的聯(lián)接形式同串聯(lián)聯(lián)用技術(shù)，即第二種分析儀器通過接口與第一種儀器相串聯(lián)，但第二種分析技術(shù)的采樣是不連續(xù)的，如TG/GC。 　　

        微區(qū)熱分析　　

        將原子力顯微鏡(AFM)與熱分析(如DTA,TMA)相結(jié)合的一種技術(shù)，采用微小的熱阻探針(該探針既是熱源又是檢測(cè)其)測(cè)試試樣的形貌圖像和熱導(dǎo)率，可根據(jù)圖像選擇任意點(diǎn)以一定的升溫速率進(jìn)行原位熱分析表征。 

 常見熱分析技術(shù)用到的儀器及對(duì)應(yīng)儀器廠商