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TGA的测量
试样:TGA的试验材料一般并不需要特别处理,用量在5~15mg不等,由于热分析是与传热、传质相关的试验手段。因此少量的试样有利于气体反应物的挥发和试样内部的温度均衡,可降低样品温度梯度,降低试样温度和环境温度的偏差,样品最好以扁平的形式放入样品仓中,这样温度滞后的影响最小。对粉料,TGA试验时粒度应小。试验时的升降温速率、气氛的流量(样品所受的气氛,不是保护气氛)及种类对试验结果会有很大的影响。
温度程序:聚合物材料通常的升降温速率为10~20℃/min。程序温度是影响测量结果的最重要因素。一般说来有下面几点。若试样发生某种反应,提高升温速率意味着反应尚未及时进行,便进入更高的温度以更快的速度进行并造成反应滞后。因此会使反应的起始温度、终止温度增高。对于多阶段的反应,降低升温速率有利于将各阶段的反应分开。在热分析试验时,应选择合适的升温速率,并遵从各种试验标准。
气氛:由于实验温度较高,TGA在实验时必须有保护气体保护高温的炉体,一般用高纯氮气。样品仓中的气氛则按照实验要求和安全要求选择。通常,惰性气氛用氮气,活性气氛用氧气。所有的气体纯度均要高于99.9%。气流速率与仪器的结构有关,不同仪器要求的样品仓吹扫气体流量不一样。因为不同气体的密度是有差异的,换用其它气体时,必须将流量换算。
基线和校验:如前所述,硬件的设计并不能保证试验结果的准确,由于气体温度变化(进而造成密度变化,使得样品表观增重)和设备升温造成传热速率变化等造成的系统误差是无法避免的。这要是通过基线和校验进行。基线主要是消除试验过程中由于气体温度变化等原因而产生的误差,校验则是消除由于仪器在使用过程中由于电子组件的变化而产生系统误差所采取的手段。这两种手段也是通过试验进行,结果一般是产生基线文件和校验文件,基线测定时,所有参数均应该与用样品试验时的状态一致(包括校验,温度程序,气氛,坩锅状态等;当然坩锅中没有样品,即样品质量为0),得到一个基线文件。原则上说,每一次试验前都要求进行基线的测量,因为TGA的坩锅(铂金)不是易耗品,每用一次,它的质量、形态等都有微小变化,基线文件也会有所变化(如图),这都会对试验结果产生影响,但是在实际使用中,一个基线文件往往可以使用一定的次数。TGA的校验包括质量校验和温度校验,质量校验采用1g的标准砝码进行,校验是通过硬件进行,不产生校验文件。温度校验采用标样进行,已知标样的磁转变温度(居里转变温度),在按照一定的试验程序测定这一温度,实测温度与已知温度有一定的差异,通过公式计算,产生一个校验文件。温度校验一般4~6个月进行一次即可,质量校验由于方便进行,可随时进行。在进行样品的试验时,在处理数据时,通过这两个文件对数据进行处理,从而得到准确的试验结果。(当然,试验数据并不是非要这样处理不可,这种处理是可选项,增加了试验的灵活性)
在试验中,基于不同的目的,可以编制不同的试验程序程序,主要变化包括:测试类别、气氛、数据采集方式、温度程序等。