如何解讀綜合熱分析儀得到的復(fù)雜熱譜圖？

　　綜合熱分析儀（STA）得到的復(fù)雜熱譜圖包含了豐富的信息，以下是解讀的一般步驟和要點：

　　

　　一、了解測試基本信息

　　

　　1、樣品信息

　　

　　明確被測樣品的成分、來源、純度等基本情況。例如，如果是研究一種合金材料，要知道合金的組成元素及其大致比例；若是藥物樣品，需清楚其化學(xué)結(jié)構(gòu)和可能含有的雜質(zhì)情況。因為不同的物質(zhì)在加熱過程中會有不同的熱效應(yīng)表現(xiàn)。

　　

　　考慮樣品的初始狀態(tài)，如是否經(jīng)過預(yù)處理（干燥、研磨等）。預(yù)處理過程可能會影響樣品的熱穩(wěn)定性和熱效應(yīng)。

　　

　　2、測試條件

　　

　　關(guān)注測試的溫度范圍。溫度范圍的選擇會影響觀察到的熱轉(zhuǎn)變類型和數(shù)量。例如，在較低的溫度范圍內(nèi)，可能主要觀察到物理變化，如熔融；而在更高的溫度下，可能發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)。

　　

　　升溫速率也是關(guān)鍵因素。較快的升溫速率可能導(dǎo)致熱滯后現(xiàn)象，使熱轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向偏移；較慢的升溫速率則有利于更準確地觀察熱轉(zhuǎn)變的細節(jié)，但可能會使測試時間延長。

　　

　　氣氛環(huán)境同樣重要。不同的氣氛（如氮氣、空氣、氬氣等）會對樣品的熱反應(yīng)產(chǎn)生不同的影響。例如，在氧化性氣氛中，一些金屬樣品可能會發(fā)生氧化反應(yīng)，從而在熱譜圖上出現(xiàn)額外的放熱峰。

　　

　　二、識別熱效應(yīng)類型

　　

　　1、吸熱效應(yīng)

　　

　　（1）玻璃化轉(zhuǎn)變：這是一種典型的吸熱過程，通常表現(xiàn)為基線向高溫方向的偏移。在聚合物材料中較為常見，標志著材料從玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變。例如，聚苯乙烯在約100°C左右會發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，在熱譜圖上可以看到基線在這個溫度附近開始向上彎曲。

　　

　　（2）熔融：當(dāng)晶體物質(zhì)吸收足夠的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時，會出現(xiàn)尖銳的吸熱峰。熔融溫度是物質(zhì)的特征物理常數(shù)，可用于鑒定物質(zhì)。例如，純金屬錫的熔點約為232°C，在熱譜圖上這個溫度處會出現(xiàn)明顯的吸熱峰。

　　

　　（3）化學(xué)反應(yīng)（如分解反應(yīng)）：許多分解反應(yīng)是吸熱的。例如，碳酸鈣（CaCO?）在高溫下分解為氧化鈣（CaO）和二氧化碳（CO?），這個過程需要吸收大量的熱量，會在熱譜圖上呈現(xiàn)吸熱峰。而且分解反應(yīng)通常伴隨著質(zhì)量的損失，通過耦合的質(zhì)量-溫度分析可以進一步確認。

　　

　　2、放熱效應(yīng)

　　

　　（1）結(jié)晶：這是放熱過程，在冷卻過程中或者在一定條件下，無定形物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)會放出熱量。例如，某些聚合物在降溫過程中會發(fā)生結(jié)晶，在熱譜圖上出現(xiàn)放熱峰。

　　

　　（2）氧化反應(yīng)：如果樣品在測試過程中與氣氛中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，會產(chǎn)生放熱效應(yīng)。如有機化合物在空氣中燃燒就是一種強烈的放熱反應(yīng)，在熱譜圖上形成放熱峰。

　　

　　（3）相變（部分情況）：有些相變可能是放熱的，比如某些液晶材料從有序的液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的各向同性液相時會放熱。

　　

　　三、分析熱譜圖特征

　　

　　1、峰的位置

　　

　　熱轉(zhuǎn)變溫度（峰溫）是重要的特征。它可以幫助確定物質(zhì)發(fā)生特定熱轉(zhuǎn)變的溫度點。例如，通過比較不同批次樣品的相同熱轉(zhuǎn)變峰溫，可以評估樣品的一致性。同時，峰溫也可用于鑒別物質(zhì)，因為每種物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)變溫度在一定條件下是相對固定的。

　　

　　2、峰的形狀

　　

　　（1）對稱性：尖銳對稱的峰通常表示熱轉(zhuǎn)變過程較為簡單、快速，如理想的一級相變（如純金屬的熔融）。而不對稱的峰可能意味著熱轉(zhuǎn)變過程較為復(fù)雜，可能存在多種機制共同作用。例如，一個具有前沿陡峭、后沿拖尾的峰可能表示在轉(zhuǎn)變過程中存在慢的動力學(xué)過程或者有副反應(yīng)發(fā)生。

　　

　　（2）寬度：寬峰可能暗示著熱轉(zhuǎn)變發(fā)生在一個較寬的溫度范圍內(nèi)，這可能是因為樣品中存在成分分布不均勻或者有多種相互作用的情況。例如，對于共聚物，由于不同單體單元的分布差異，其玻璃化轉(zhuǎn)變可能表現(xiàn)為一個較寬的溫度范圍。

　　

　　3、峰的面積

　　

　　峰面積與熱轉(zhuǎn)變過程中吸收或放出的熱量成正比。通過計算峰面積，可以定量地得到熱焓變（ΔH）的值。這對于研究化學(xué)反應(yīng)的程度、相變過程中的能量變化等非常有用。例如，在研究藥物的分解反應(yīng)時，通過比較不同條件下分解峰的面積，可以評估分解程度的變化。

　　

　　四、結(jié)合其他分析方法

　　

　　1、質(zhì)譜聯(lián)用（TG-MS）：當(dāng)綜合熱分析儀與質(zhì)譜儀聯(lián)用時，可以通過質(zhì)譜數(shù)據(jù)確定在熱轉(zhuǎn)變過程中釋放出的氣體產(chǎn)物的種類和含量。例如，在研究聚合物材料的熱分解時，通過TG-MS可以檢測到分解產(chǎn)生的各種小分子氣體（如H?、CH?、CO、CO?等），從而推斷分解反應(yīng)的機理。

　　

　　2、紅外光譜聯(lián)用（TG-IR）：這種聯(lián)用技術(shù)可以幫助識別在熱過程中產(chǎn)生的官能團變化。例如，在研究有機化合物的熱反應(yīng)時，通過觀察紅外光譜中特定官能團吸收峰的變化，結(jié)合熱譜圖中的熱效應(yīng)，可以更好地理解反應(yīng)過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。

　　

　　3、X射線衍射聯(lián)用（TG-XRD）：用于研究在熱過程中物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)變化。例如，在材料燒結(jié)過程中，通過TG-XRD可以觀察到在不同溫度下材料的晶相組成變化，以及晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)（如晶胞大小、晶面間距等）的改變，從而深入了解材料的燒結(jié)機制。