李建辉 徐宏坤 孙 枫 张鹏辉

（中国石油独山子石化公司，独山子833600）

1 引言

TGA／SDTA851e热重分析仪由瑞士梅特勒公司生产，配备了计算机控制和数据处理系统，自动化程度较高，分析方法简便迅速。可在研究工作和常规测量中研究样品的腐蚀、高温分解、吸附／解吸附、溶剂的损耗、氧化／还原反应、水合／脱水、分解、黑烟末等，目前广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。在使用过程中，如何使仪器更好的运行，加强对仪器的了解和日常维护尤为重要。笔者长期从事仪器的维护工作，结合本款仪器性能结构特点，对仪器使用和维护过程中出现的问题和相应的解决办法进行了总结阐述。

2 工作原理

热重分析仪主要由天平、加热炉、程序控温系统、记录系统等几个部分构成，结构图见图1。最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是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。零位法是采用差动变压器法、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，即所谓零位法。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。

3 操作条件

实验室应尽量远离振动源及大的用电设备，室内配备空调，以保证温度恒定。计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大的程序。

保护气体（Protective）：保护气体用于对加热炉及被测样品进行保护，一是防止样品及热电偶在加热过程中被氧化，二是防止样品可能产生的毒性及腐蚀性分解气体对炉体，热电偶的侵害。一般以氮气为保护气体，流量调至100mL／min。

图1 TGA／SDTA851e热重分析仪结构图

恒温水浴：恒温水浴用来保证测量传感器工作在一个恒定温度下。一般情况下恒温水浴的水温调整为22±0.1℃。恒温水浴应至少在测试前1小时打开。

4 影响热重分析的因素

4.1 试样量和试样皿

热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高（可达0.1μg），另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。

试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常使用的试样皿有铂金、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以像碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。

4.2 升温速率

升温速度越快，温度滞后越严重，如聚苯乙烯在N2中分解，当分解程度都取失重10%时，用1℃／min测定为357℃，用5℃／min测定为394℃相差37℃。升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水的一些中间物。

4.3 气氛的影响

热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著，CaCO3在真空、空气和CO2三种气氛中的TG曲线，其分解温度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解产物，气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解，使分解温度提高。空气气氛中聚丙烯在150～180℃下会有明显增重，这是聚丙烯氧化的结果，在N2中就没有增重。气流速度一般为40mL／min，流速大对传热和溢出气体扩散有利。

4.4 挥发物的冷凝

分解产物从样品中挥发出来，往往会在低温处再冷凝，如果冷凝在吊丝式试样皿上会造成测得失重结果偏低，而当温度进一步升高，冷凝物再次挥发会产生假失重，使TG曲线变形。解决的办法，一般采用加大气体的流速，使挥发物立即离开试样皿。

4.5 浮力

浮力变化是由于升温使样品周围的气体热膨胀从而相对密度下降，浮力减小，使样品表观增重。如：300℃时的浮力可降低到常温时浮力的1／2，900℃时可降低到约1／4。使用校正方法也就是做空白试验（空载热重实验），消除表观增重。

5 故障分析与对策

5.1 冷却水流量变小

5.1.1 恒温水浴外部管线堵塞

检查外部管路的清洁度和稠度。如有必要，清洗或更换外部管道。

5.1.2 仪器内部堵塞

在不进行测量时改变冷却回路的流向，去除堵塞。堵塞未清除，使用气压进行吹扫，压力为1MPa以上。若堵塞物仍存在，更换恒温浴槽的冷却剂，用含1%磷酸的水冲洗管道2小时左右。如果堵塞物去除，流量恢复，再更换冷却水。

5.2 样品温度显示错误或温度不稳

5.2.1 R型热电偶污染

用空气，最好是氧气将测量单元加热至最高温度保持1小时。

5.2.2 炉体热电偶污染

关闭仪器，让仪器冷却至室温。取下左前外壳，左前外壳固定在仪器底部，由3个六角螺钉固定在仪器下面（如图2）。拧下螺钉，将左前外壳取下。将反射管从炉体法兰上旋下，同时小心地扶住出气口活塞，完成后将熔融硅套和反射管以及出气口活塞拉向左方。只要出气口活塞还装在仪器上，熔融硅套就不会落出反射管（如图3）。移去炉盖，将隔离套筒拉向左方，直至看到热电偶为止（如图4）。在加热时，热电偶最好处在氧气气氛中。在没有炉盖情况下关闭炉体，用大约300 mL／min的氧气或空气吹扫测量单元（使用吹扫气体入口）。在100℃用氧气或空气加热测量单元，至少持续15分钟。进行检查（以50K／min从室温到1000℃），工作正常，恢复炉体［1］。

图2

图3

图4

5 结束语

介绍了TGA／SDTA851e热重分析仪影响分析的一些因素和常见故障分析，正确使用和维护保养不仅能提高分析结果的准确性，还可延长仪器的使用寿命，减少故障率，是顺利开展分析检测工作的有力保障。

［1］梅特勒托利多TGA／SDTA851e热重分析仪操作手册.