一文读懂热重分析仪（TGA）全面解析

一、热重分析仪测什么？

热重分析仪的核心功能是在程序控制温度下，精确测量样品质量随温度（或时间）的变化关系。
 

可测定的关键指标

典型测试案例

• 聚合物：测定聚苯乙烯在300-450℃的分解规律，识别分解产物

• 药物：检测化合物纯度、残留水分、稳定性数据

• 水合物：如CuSO₄·5H₂O，通过失重台阶计算结晶水含量

• 锂电池材料：分析正极材料受热分解时释放CO₂、O₂的规律

二、如何挑选热重分析仪？

1. 温度能力（核心指标）

选型建议：预留余量——若未来可能涉及陶瓷或金属材料，直接选择1500℃以上机型，避免重复采购。

2. 天平灵敏度（决定数据质量）

关键考量：若需检测1%的微量水分损失，基线噪声必须小于该信号，否则会被误差掩盖。采购公告中常将“动态基线漂移≤25μg”列为关键指标。

3. 气氛控制系统

实用价值：自动气体切换可在实验程序内自动完成气氛转换（如先在氮气下分解，再切至氧气测氧化），显著提高重复性并节省人工。

4. 加热与冷却效率

• 加热速率：常规0.1-100℃/min足够；特殊需求（如快速筛选）可选600℃/min以上机型

• 冷却时间：从1000℃降至50℃ ≤15分钟为优，可大幅提升实验通量

5. 拓展功能与联用能力

选型原则：若需深入机理研究，必须选择具备联用能力的型号，单靠TGA无法确定损失的成分是水、溶剂还是分解产物。

6. 采购参考指标汇总表

注：价格仅供参考，中科院某所采购公告显示1000℃/0.1μg灵敏度机型预算约42万元。

三、主要应用场景（补充细化版）

材料科学与高分子

• 聚合物：测定热分解温度、填料含量（如碳酸钙、玻纤）、增塑剂含量

• 复合材料：树脂/纤维比例定量、热稳定性评估

• 橡胶：炭黑含量、氧化诱导期（OIT）

• 胶粘剂和涂料：固化行为分析、热稳定性评估、挥发性有机物（VOC）释放量测定
   

  

   

制药与生物医学

• 原料药：纯度检测、结晶水/溶剂残留、稳定性预研

• 制剂：辅料相容性、水分活度

• 可降解材料：PLA支架热加工参数优化
   

  

   



 

能源与环境

• 锂电池：隔膜热收缩行为、电解液分解、正极释氧温度

• 燃料：煤/生物质热解特性、燃烧动力学

• 废弃物处理：焚烧过程有害气体（NOx、VOCs）释放特征

• 光伏组件：封装材料（EVA、POE）的热分解行为、交联度评估、热稳定性测试

• 可持续材料：生物基塑料的分解温度与速率、可堆肥性能评估
   

  

   



 

无机与地质

• 矿物：相变温度、成分定量（如碳酸盐分解）

• 水泥/陶瓷：烧失量、烧结工艺优化

• 催化剂：积碳量、再生温度
   

   

  

   

   

机械工程与包装行业

• 机械工程：工程塑料（PA、PEEK等）的热稳定性、长期使用温度上限评估

• 包装行业：多层膜材料的热封层分解行为、阻隔材料的热稳定性、可回收材料的分选与热解特性

四、简要操作流程

1. 实验准备

• 样品制备：固体/粉末样品5-20mg，均匀铺满坩埚底部；块体直径<4mm、厚度<0.5mm

• 风险告知：含S、F、卤素或易爆样品必须提前说明

• 仪器检查：确认气体管路连接正确、无泄漏，气源压力正常
   

2. 参数设置

3. 测试执行

1. 放置样品：打开炉体，用专用镊子将坩埚置于天平支架上

2. 清零与启动：关闭炉体，软件中点击“开始”，仪器自动运行

3. 过程监控：测试中勿开启炉体，避免气流扰动导致曲线毛刺
    

   

    



 

4. 数据导出与关机

• 曲线分析：软件自动生成TG曲线（质量-温度）和DTG曲线（失重速率-温度）

• 关机：待炉温降至室温后取出样品，关闭软件、仪器电源及气源
   

  

   



 
5. 数据分析要点

• 起始分解温度：TG曲线开始明显下降的点

• 最大分解速率温度：DTG曲线峰值对应温度

• 残留质量：最终平台质量百分比 = 灰分/无机填料含量

• 各组分含量：通过各失重台阶的高度计算
   

  

   



 

五、常见误区与注意事项

1. TGA无法定性：只能告诉你“失去了多少质量”，无法告诉你是“什么物质”——需联用FTIR/MS

2. 升温速率影响结果：不同速率下测得的分解温度可能有差异，对比数据时须保持一致

3. 样品量需适中：过多导致传热不均，过少则信号弱、代表性差

4. 基线漂移问题：高温下可能产生浮力效应，仪器通过水平吹扫设计消除

5. 安全第一：腐蚀性气体产物可能损坏仪器，必须确认样品安全性

总结建议