熱重-差熱分析（TG-DTA）數(shù)據(jù)分析及Origin作圖教程

草蟲gg 2020-04-20

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在《Origin軟件中熱重曲線的作圖方法》和《微商熱重曲線的作圖方法》中分別介紹了熱重曲線和微商熱重曲線的作圖方法，一些讀者留言希望了解熱重-差熱分析（TG-DTA）的數(shù)據(jù)分析及作圖相關(guān)的內(nèi)容。因此，在本文中將介紹常用的TG-DTA法的數(shù)據(jù)分析及作圖相關(guān)的內(nèi)容。

1. TG-DTA方法簡介

熱重-差熱分析（thermogravimetric-differential thermal analysis，簡稱TG-DTA）是在程序控溫和一定氣氛下，同時測量試樣的質(zhì)量和輸入到試樣與參比物的溫度差隨溫度或時間關(guān)系的技術(shù)。TG-DTA是一種常用的同時聯(lián)用的熱分析聯(lián)用技術(shù)，通?；\統(tǒng)地稱為同步熱分析法（同步熱分析有時也用來指TG-DSC）。

TG-DTA技術(shù)將TG與DTA結(jié)合為一體，在同一次測量中利用同一樣品可同步得到試樣的質(zhì)量變化及試樣與參比物的溫度差的信息。常用的TG-DTA儀主要有水平式和上皿式兩種結(jié)構(gòu)形式。測試時將裝有試樣和參比物的坩堝置于與稱量裝置相連的支持器組件中，在預(yù)先設(shè)定的程序控制溫度和一定氣氛下對試樣進行測試，在測試過程中通過天平實時測定試樣的質(zhì)量，同時通過支持器組件的溫差熱電偶測量試樣與參比物的溫度差隨溫度或時間的變化信息，獲得TG-DTA曲線。

2. TG-DTA曲線分析

由TG-DTA曲線可以得到樣品的質(zhì)量和熱效應(yīng)的變化信息，在實際的數(shù)據(jù)分析和作圖中通常將TG曲線和DTA曲線放在一起進行綜合分析（圖1）。圖1中的綠色曲線為TG曲線，藍色曲線為DTA曲線，圖中當(dāng)TG曲線的質(zhì)量發(fā)生變化時（第一個臺階對應(yīng)于失去一分子結(jié)晶水的過程，第二個質(zhì)量變化臺階對應(yīng)于失去一分子CO的過程，第三個質(zhì)量變化臺階對應(yīng)于失去一分子CO2的過程）。DTA曲線中對于這個質(zhì)量變化過程分別表現(xiàn)出了不同的熱效應(yīng)，分別對應(yīng)于每一個質(zhì)量變化過程。

圖1 一水草酸鈣的TG-DTA曲線

在《Origin軟件中熱重曲線的作圖方法》和《微商熱重曲線的作圖方法》中均已指出，為了便于比較樣品在實驗過程中的質(zhì)量變化程度，通常需要對初始質(zhì)量進行歸一化處理。同樣地，在對DTA曲線進行數(shù)據(jù)分析時也應(yīng)對初始質(zhì)量進行歸一化處理。圖1中，由于DTA曲線測量的是樣品相對參比的溫度差，因此在DTA曲線中縱坐標(biāo)所對應(yīng)的測量的物理量為溫度差（單位為℃/mg或者K/mg）。需要特別指出，有些儀器得到的軟件中所導(dǎo)出的DTA曲線的縱坐標(biāo)所對應(yīng)的測量的溫度差的單位為μV/mg，這是由于軟件中沒有將熱電偶測量的電勢差的信號轉(zhuǎn)換為溫度單位引起的（圖2）。

圖2 DTA曲線的縱坐標(biāo)所對應(yīng)的測量的溫度差的單位為μV/mg

由于DTA測量的為試樣相對于參比物的溫度差，該值為相對值，在進行數(shù)據(jù)分析時通常并不影響對一個過程的熱效應(yīng)的分析結(jié)果。

3. 在作圖軟件中TG-DTA曲線的作圖方法

下面以O(shè)rigin軟件為例來介紹TG-DTA曲線的作圖方法。

首先將由儀器所附帶的分析軟件導(dǎo)出的ASCII格式的.txt文件或者.csv導(dǎo)入到Origin軟件中，導(dǎo)入后的界面如圖3所示。

然后，將溫度列設(shè)定為X軸、將質(zhì)量（第3列）和溫度差（第4列為uV，第5列為℃，本例中以℃為例，故使用第5列的數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)進行歸一化處理，并刪去前三十行與實驗相關(guān)的一些參數(shù)信息、命名每一欄所代表的的物理量，界面如圖4所示。

選中表格中的B、C、E列（圖5）并點擊圖Double-Y圖標(biāo)（圖6），即可以得到TG-DTA曲線，如圖7所示。

點擊圖中的曲線可以改變曲線的大小和顏色，點擊圖中的數(shù)字和圖題也可以進行相應(yīng)的編輯工作。

有時需要將DTG曲線加入到TG-DTA曲線中進行綜合分析，此時在圖中分別出現(xiàn)了TG曲線、DTA曲線和DTG曲線。圖4中的F列為微商重量數(shù)據(jù)，作圖時同時選中B、C、E、F列（圖8）。然后，點擊Double-Y圖標(biāo)中的3Ys-Y-YY選項（圖9），即可以得到TG-DTA-DTG曲線，如圖10所示。圖10中，黑色曲線對應(yīng)于TG曲線、紅色曲線對應(yīng)于DTA曲線、藍色曲線對應(yīng)于DTG曲線。點擊圖中的曲線可以改變曲線的大小和顏色，點擊圖中的數(shù)字和圖題也可以進行相應(yīng)的編輯工作。