实验室热重分析仪工作原理深度剖析

　　实验室热重分析仪（Thermogravimetric Analyzer，简称TGA）是一种精密仪器，主要用于研究材料在受控温度程序下的重量变化。以下是对其工作原理的深度剖析：

　　一、核心原理

　　热重分析仪的基本工作原理是通过精确控制样品的温度，同时连续监测样品的质量变化。这一过程中，样品放置在一个精密的电子天平上，天平能够实时测量样品在不同温度下的重量。样品在升温过程中由于物理或化学变化（如升华、汽化、分解、氧化还原、失去结晶水等）会导致质量损失，热重分析仪正是通过测量这些质量损失来揭示材料的组成、稳定性以及热分解特性等重要信息。

　　二、测量原理

　　热重分析仪常用的测量原理有两种：变位法和零位法。

　　1.变位法：根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。当样品质量发生变化时，天平梁会发生倾斜，倾斜度与质量变化成正比。通过测量倾斜度，可以间接得知样品的质量变化。

　　2.零位法：采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。
 

　　三、仪器构成

　　实验室热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。

　　1.天平：用于实时测量样品的质量变化。

　　2.炉子：提供一个封闭的测试环境，内部可以是惰性气体、氧化性气体或其他特定气氛。炉子内部的加热元件按照预设的温度程序逐渐升高样品的温度。

　　3.程序控温系统：能够精确控制炉子的温度，实现升温、降温或恒温控制。

　　4.记录系统：用于记录样品质量随温度或时间的变化数据，并绘制成热重曲线（TG曲线）。

　　四、工作流程

　　1.样品准备：将需要测试的样品放入热重分析仪的炉体的托盘上。样品可以是固体、液体或粉末等不同形态，但通常需要进行适当的处理和制备，以确保测试的准确性和可重复性。样品的装载量通常很小，一般在几毫克到几十毫克之间。

　　2.温度控制与测量：启动仪器，设置所需的升温速率、最终温度以及保持时间等参数。炉子内部的加热元件开始工作，按照预设的温度程序逐渐升高样品的温度。

　　3.质量测量与记录：在整个升温过程中，天平持续监测样品的质量变化，并将这些变化数据记录下来。

　　4.数据处理与分析：对记录的数据进行处理和分析，绘制成热重曲线。通过热重曲线，可以观察到样品开始失去质量的温度、失重的速率以及总的质量损失量等信息，从而揭示样品的组成、热稳定性以及其他关键的热性质。

　　实验室热重分析仪是一种功能强大的分析仪器，其工作原理基于精确控制样品温度和连续监测样品质量变化。通过这一原理，热重分析仪能够揭示材料的多种重要信息，为科研和工业生产提供有力的支持。x