TG（热重分析）作为现代材料研究的关键技术，通过精确测量质量变化揭示物质特性。本文全面解析其原理、应用及操作技巧。
一、TG的核心定义与技术原理
1.1 什么是TG？
TG（Thermogravimetric Analysis，热重分析）是一种通过程序控温测量材料质量变化的分析技术。其核心原理是：在特定温度或时间程序下，样品因物理或化学变化（如脱水、分解、氧化）导致质量变化，通过高精度天平实时记录这一过程。例如，塑料加热时分解为气体，其质量减少的过程可通过TG曲线直观呈现。
1.2 TG测试的基本流程
样品准备：通常取5-20毫克粉末或薄片，均匀铺于耐高温坩埚（如铂金或氧化铝）中。
环境控制：通入惰性气体（如氮气）或反应气体（如空气），流速约150毫升/分钟。
温度程序：以10-20℃/分钟升温，最高可达1000℃以上，关键温度点（如水分蒸发阶段）需短暂恒温。
1.3 关键数据指标
TG曲线：质量随温度/时间变化的曲线，台阶式下降表明不同分解阶段。
DTG曲线：TG的一阶导数曲线，峰值对应最大失重速率，用于区分重叠反应。
二、TG在不同领域的实际应用
2.1 材料科学：组分分析与稳定性评估
高分子材料：通过分解温度判断塑料、橡胶的热稳定性。例如，PA66在300-850℃分解，对应TG曲线主失重台阶。
复合材料：玻纤增强材料中，残余质量34.5%直接反映玻纤含量。
无机材料：金属氧化物的氧化增重或碳酸盐分解失重可量化成分比例。
2.2 医药研发：药物热稳定性与纯度检测
药物降解：如抗生素F13美罗培南的热分解曲线可优化生产工艺。
辅料分析：测定润滑油的挥发速率（图3案例中，30分钟内失重达90%）。
2.3 环境与能源：燃料特性与污染控制
燃料评估：竹材燃烧的TG曲线显示200-500℃为木质素分解阶段，帮助设计高效燃烧设备。
尾气处理：催化剂在高温下的失重行为反映其抗烧结性能。
三、TG技术的优势与局限性
3.1 核心优势
高灵敏度：可检测0.1%的质量变化。
多场景适用：兼容固体、液体、薄膜等形态。
联用技术扩展性：与DSC（差示扫描量热）联用，同步分析热量变化。
3.2 常见局限与解决方案
浮力效应干扰：通过空白基线测试校正。
样品堆积影响：建议粉末过筛至200目以下，块状材料切薄。
升温速率选择：过快导致反应滞后，推荐10℃/分钟以下以提高分辨率。
四、TG操作中的实用建议
4.1 实验设计技巧
样品量控制：无机材料10-20毫克，易挥发物质减少至5毫克以下。
气氛选择：研究氧化反应时切换空气，惰性气氛用于热解分析。
温度程序优化：多阶段升温（如先恒温除水）可分离重叠反应。
4.2 数据解读要点
分阶段标注：如图2案例中，850℃切换气体后碳残留燃烧。
排除干扰因素：坩埚与样品反应（如金属高温熔融）需选用惰性材质。
4.3 仪器维护与校准
定期基线测试：空坩埚升温验证仪器稳定性。
传感器保护：避免高温下铂金坩埚与样品形成共熔物。
五、TG技术的未来发展趋势
5.1 智能化与自动化
AI辅助分析：通过机器学习自动识别TG曲线特征峰。
微型化设备：便携式TG仪用于现场快速检测（如电池材料老化分析）。
5.2 多技术深度联用
TG-MS联用：实时监测分解气体成分，精准解析反应机制。
高温显微镜整合：观察样品形貌变化与质量损失的关联性。
5.3 绿色化改进
低能耗设计：减少测试中气体消耗，推广循环供气系统。
TG技术通过“以重测温”的独特视角，为材料研发、质量监控提供了不可替代的工具。无论是实验室研究人员还是工业质检员，掌握TG的核心原理与操作技巧，都能显著提升工作效率。未来随着智能化与联用技术的突破，TG将在新能源、生物医药等领域展现更大潜力。
