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物質(zhì)在受熱或冷卻過(guò)程中，當達到某一溫度時(shí)，往往會(huì )發(fā)生熔化、凝固、晶型轉變、分解、化合、吸附、脫附等物理或化學(xué)變化，并伴隨著(zhù)有焙的改變，因而產(chǎn)生熱效應，其表現為物質(zhì)與環(huán)境(樣品與參比物)之間有溫度差。熱分析法的核心是在程序控制溫度的條件下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。物質(zhì)指試樣本身和(或)試樣的反應產(chǎn)物，包括中間產(chǎn)物。在熱分析法中，物質(zhì)在一定溫度范圍內發(fā)生變化，包括與周?chē)h(huán)境作用而經(jīng)歷的物理變化和化學(xué)變化，諸如釋放出結晶水和揮發(fā)性物質(zhì)的碎片，熱量的吸收或釋放，某些變化還涉及到物質(zhì)的增重或失重，發(fā)生熱力學(xué)變化和熱物理性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)變化等。根據物理性質(zhì)的不同(質(zhì)量、溫度、能量、尺寸、力學(xué)、聲、光、熱、電等)，建立了相對應的熱分析技術(shù)。
熱重分析是在程序控溫條件下，測量在升溫、降溫、或恒溫過(guò)程中樣品質(zhì)量與溫度(或時(shí)間)相互關(guān)系的一種技術(shù)。許多物質(zhì)在加熱過(guò)程中常伴隨質(zhì)量的變化，這種變化過(guò)程有助于研究晶體性質(zhì)的變化，如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等物質(zhì)的物理現象;也有助于研究物質(zhì)的脫水、解離、氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現象。
差熱分析是在程序控溫下測量樣品與參比物的溫度差與溫度(或時(shí)間)相互關(guān)系的一種技術(shù)。它利用體系與環(huán)境(樣品與參比物)之間有溫度差這一特點(diǎn)，通過(guò)測定樣品與參比物的溫度差對時(shí)間的函數關(guān)系，來(lái)鑒別物質(zhì)或確定組成結構以及轉化溫度、熱效應等物理化學(xué)性質(zhì)。應用范圍包括熔化及結晶轉變、氧化還原反應、裂解反應等的分析研究、主要用于定性分析。
差示掃描量熱法是在程序控溫下，測量物質(zhì)和參比物之間的能量差隨溫度變化關(guān)系的一種技術(shù)。分析研究范圍與DTA大致相同，但能定量測量多種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數，如比熱、反應熱、轉變熱和高聚物結晶度等。
熱機械分析法是在一定的溫度程序下，施加一定的機械力，觀(guān)察樣品在一定方向上的尺寸隨溫度或時(shí)間的變化關(guān)系。廣泛應用于塑料、橡膠、薄膜、纖維、涂料、陶瓷、玻璃、金屬材料及復合材料等領(lǐng)域。動(dòng)態(tài)機械分析法是在程序控溫條件下，并施加單頻或多頻的振蕩力，研究樣品的機械行為，測定其儲能模量、損耗模量和損耗因子隨溫度、時(shí)間與力的頻率的函數關(guān)系。廣泛應用于熱塑性與熱固性塑料、橡膠、涂料、金屬與合金、無(wú)機材料、復合材料等領(lǐng)域。
2、未來(lái)熱分析技術(shù)的發(fā)展趨勢綜合熱分析技術(shù)的應用
利用DTA,DSC,TU等熱分析技術(shù)的聯(lián)用，獲取更多熱分析信息。同時(shí)多種分析技術(shù)集中在一個(gè)儀器上，方便使用，減少誤差。由于可以一次得到兩種或更多有關(guān)樣品行為的信息，這就有助于識別某一個(gè)過(guò)程的歸屬，如相變和分解、加成和縮聚反應、裂解、氧化以及燃燒反應等，增強了信號的可分析。
樣品在250℃的區間范圍內，TU曲線(xiàn)僅僅變化了0. 0200，由于高溫范圍內數值變化較小，認為質(zhì)量基本沒(méi)有發(fā)生變化，而DSC曲線(xiàn)上有一個(gè)明顯的吸熱峰出來(lái)。根據吸熱效應，無(wú)質(zhì)量變化，此反應為晶型轉變。樣品的TU曲線(xiàn)有三個(gè)失重過(guò)程，伴隨著(zhù)失重的過(guò)程，DSC’相應的有三個(gè)吸熱峰，根據這個(gè)現象可以判斷出樣品發(fā)生了脫水或者分解反應。與單一的熱分析方法相比，綜合熱分析技術(shù)更加細致和全而。熱分析技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)用將熱分析技術(shù)與質(zhì)譜(MS)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、氣相色譜( UC’)和X衍射分析(XRD)等技術(shù)聯(lián)用是熱分析技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域，在樣品加熱過(guò)程中，除了產(chǎn)生熱分析信號外，還可對體系在受熱過(guò)程中逸出的揮發(fā)性組分加以檢測，不僅擴大分析內容，還將有助于研究反應進(jìn)程，解釋反應機理，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
質(zhì)譜具有靈敏度高和響應時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。熱重儀與質(zhì)譜儀聯(lián)用，不僅可對反應產(chǎn)物進(jìn)行定性及定量分析，還有助于更好地闡述反應機理。常用的聯(lián)用方式有TU-MS 、 DTA-MS 、 TU-DTA/ DSC MSTU-FTIR-MS和TU-MS/MS等，其中TU-MS最常用，應保證有足夠量的釋放氣體轉移到質(zhì)譜儀上，才可獲得最佳結果，同時(shí)要求質(zhì)譜儀能快速掃描和長(cháng)周期穩定操作。
與TU-MS比較，TU-FTIR的優(yōu)點(diǎn)主要有:1)可同時(shí)獲得多種氣體試樣的紅外光譜信息;2)直接對熱處理過(guò)程中的逸出組分進(jìn)行連續掃描;3)根據己知的化合物對IR的吸收信息，在作適當校正后進(jìn)行定量分析;4)特別是在區分同分異構體方而比較優(yōu)越。韓志東等應用TU-FTIR研究了聚乙烯/石墨層間化合物熱降解過(guò)程，發(fā)現不同含磷化合物插層并未顯著(zhù)影響PE的熱降解方式，但由于含磷化合物插層體積膨脹所發(fā)生的氧化還原反應導致部分PE熱降解提前并發(fā)生熱氧化降解.促進(jìn)了后期成炭的石墨化過(guò)程。李榮勛等等利用TU-FT-IR研究了PVC的熱降解過(guò)程，發(fā)現PVC共混物的熱降解過(guò)程分為3個(gè)階段，其產(chǎn)物分別為HC1，低烴類(lèi)化合物、苯及其衍生物。
將熱分析儀與氣相色譜儀聯(lián)用，在得到熱分析信息的同時(shí)，還可以對熱分析過(guò)程中的逸出氣體進(jìn)行檢測。目前，熱分析儀與氣相色譜儀聯(lián)用的方式有T U-U l和DTA-Ul等。杜廷發(fā)等利用熱分析與氣相色譜聯(lián)用研究一水合草酸氫鉀。
通過(guò)對材料X衍射圖譜分析，可獲得材料的成分、物相組成、內部原子或分子的結構或形態(tài)等信息。熱分析是研究材料隨著(zhù)溫度的變化，內部相變過(guò)程的技術(shù)。根據元素的二元相圖，在熱分析升溫范圍內，對同一材料進(jìn)行熱分析得出的結果，應該與其X衍射圖譜的相組成相一致，即每一個(gè)熱分析反應的相變都將對應于X射線(xiàn)圖譜上的一個(gè)相。兩者的聯(lián)用還在原料質(zhì)量控制方面，磁性材料研究方面，非晶合金結晶度方面。發(fā)揮重要的作用。
稀土元素是化學(xué)元素周期表第三副族中系元素，具有特殊的物理、化學(xué)性能，如RE元素具有獨特的4f電子結構、大的原子、特強的自旋軌道藕合等特性。稀土磁性材料是稀土金屬與過(guò)渡金屬(如鉆、鐵等)組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結，經(jīng)磁場(chǎng)充磁后制得的一種磁性材料。居里點(diǎn)對磁性材料的影響也不容忽視。除了用常規的方法測量居里點(diǎn)外，還可以利用熱分析技術(shù)來(lái)測量居里點(diǎn)。測量稀土磁性材料時(shí)，要在熱分析儀的頂部或側而放置一塊磁鐵(主要依據爐體的方向而定)，用熱分析儀自帶的天平稱(chēng)重時(shí)，其顯示的結果為F(合力)=G(重力)F1(磁鐵對樣品的吸引力)所產(chǎn)生的質(zhì)量。隨著(zhù)溫度的增加，在693℃時(shí)，TU曲線(xiàn)開(kāi)始上升，質(zhì)量開(kāi)始增加。產(chǎn)生的原因是在693℃時(shí)，樣品發(fā)生了鐵磁向順磁的轉變，樣品將逐漸的失去磁性，到704. 2℃時(shí)，鐵磁性完全轉變?yōu)榱隧槾判?，天平顯示出來(lái)的質(zhì)量是由F=G所產(chǎn)生的，質(zhì)量增加了9. 0600。與之對應的是DSC’曲線(xiàn)在692. 9℃時(shí)有相變發(fā)生。磁體內部的排列由原來(lái)的有序性變成了無(wú)序性，其中熱焙的變化可以由DSC’測量出來(lái)。并且TU的起始點(diǎn)與DSC’的起始點(diǎn)相差僅為0. 1℃，說(shuō)明TU測量與DSC測量有很好的對應性。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)的熱分析儀器必然會(huì )朝著(zhù)高精度、高靈敏度，全自動(dòng)化、多功能化等方而發(fā)展。隨著(zhù)稀土功能材料在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的廣泛應用，這項技術(shù)將會(huì )對稀土磁性材料晶化條件的制定，稀土非晶材料結晶度的測定，稀土化合物反應機理的研究等方而起到重要的作用，并將成為稀土功能材料領(lǐng)域不可缺少的研究手段之一。
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