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熱重分析（TG-DTG）曲線的幾種解析方法

來源：時(shí)間：2023-12-26 09:30:17 瀏覽：9396次

熱重分析（TG-DTG）曲線的幾種解析方法

熱重分析（Thermogravimetric Analysis，簡(jiǎn)稱TG）是一種在程序控溫條件下，測(cè)量材料質(zhì)量隨溫度變化關(guān)系的熱分析技術(shù)，通過分析樣品在加熱或冷卻過程中的質(zhì)量變化，可以了解材料的熱穩(wěn)定性、組分以及熱分解行為等信息。

1. 直觀分析法：通過觀察熱重曲線的走勢(shì)，可以初步了解樣品的質(zhì)量變化情況。

直觀分析法主要包括以下幾種：

（1）曲線下降區(qū)域：表示樣品在加熱過程中發(fā)生質(zhì)量損失，可能是由于揮發(fā)、升華、分解等物理或化學(xué)過程引起的。

（2）曲線平臺(tái)區(qū)域：表示樣品在加熱過程中質(zhì)量基本保持不變，可能是因?yàn)闃悠芬呀?jīng)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生了化學(xué)吸附等過程。

（3）曲線上升區(qū)域：表示樣品在加熱過程中質(zhì)量增加，可能是由于氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。

2. 峰值分析法：通過對(duì)熱重曲線的峰值進(jìn)行定量和定性分析，可以更深入地了解樣品的熱分解行為和熱穩(wěn)定性。

峰值分析法主要包括以下幾種：

（1）峰面積：峰面積與樣品的質(zhì)量變化成正比，可以用來計(jì)算樣品在某一溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失。

（2）峰位置：峰位置可以用來確定樣品的熱分解起始溫度、最大失重速率溫度以及反應(yīng)終了溫度等。

（3）峰形狀：峰形狀可以反映樣品的熱分解機(jī)制和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，如峰形尖銳表示反應(yīng)速率快，峰形寬緩表示反應(yīng)速率慢。

3. 微分熱重分析法（DTG）：對(duì)熱重曲線進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理，得到微分熱重曲線（DTG）。DTG曲線的峰值位置和大小可以更準(zhǔn)確地反映樣品的熱分解行為和熱穩(wěn)定性。

微分熱重分析法主要包括以下幾種：

（1）峰位置：DTG曲線的峰位置與熱重曲線的峰位置相對(duì)應(yīng)，可以用來確定樣品的熱分解起始溫度、最大失重速率溫度以及反應(yīng)終了溫度等。

（2）峰面積：DTG曲線的峰面積與樣品的質(zhì)量變化成正比，可以用來計(jì)算樣品在某一溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失。

（3）峰形狀：DTG曲線的峰形狀可以反映樣品的熱分解機(jī)制和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，如峰形尖銳表示反應(yīng)速率快，峰形寬緩表示反應(yīng)速率慢。

4. 外推法：當(dāng)樣品在加熱過程中發(fā)生質(zhì)量損失時(shí)，可以通過外推法確定質(zhì)量損失的溫度范圍。

外推法主要包括以下幾種：

（1）切線法：在熱重曲線的下降區(qū)域，作一條與曲線切線平行的直線，該直線與曲線的交點(diǎn)即為質(zhì)量損失的溫度范圍。

（2）多項(xiàng)式法：在熱重曲線的下降區(qū)域，用多項(xiàng)式擬合曲線，求導(dǎo)得到極值點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為質(zhì)量損失的溫度范圍。

（3）指數(shù)衰減法：在熱重曲線的下降區(qū)域，假設(shè)質(zhì)量損失遵循指數(shù)衰減規(guī)律，通過擬合曲線求解指數(shù)衰減方程，得到質(zhì)量損失的溫度范圍。

5. 模型法：通過建立熱重分析（TG）的物理或化學(xué)模型，對(duì)熱重曲線進(jìn)行模擬和解析。

模型法主要包括以下幾種：

（1）熱傳導(dǎo)模型：假設(shè)樣品在加熱過程中熱量傳遞速率恒定，通過求解熱傳導(dǎo)方程，得到樣品的質(zhì)量變化規(guī)律。

（2）化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型：假設(shè)樣品在加熱過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過建立化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，求解得到樣品的質(zhì)量變化規(guī)律。

（3）質(zhì)量守恒模型：假設(shè)樣品在加熱過程中質(zhì)量守恒，通過建立質(zhì)量守恒方程，求解得到樣品的質(zhì)量變化規(guī)律。

6. 人工智能法：利用人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，對(duì)熱重曲線進(jìn)行自動(dòng)解析。

人工智能法主要包括以下幾種：

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使模型能夠自動(dòng)識(shí)別熱重曲線的特征，如峰位置、峰面積等。

（2）支持向量機(jī)法：通過支持向量機(jī)對(duì)熱重曲線進(jìn)行分類和回歸分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱重曲線的自動(dòng)解析。

（3）遺傳算法：通過遺傳算法對(duì)熱重曲線進(jìn)行優(yōu)化，使模型能夠自動(dòng)識(shí)別熱重曲線的特征，如峰位置、峰面積等。

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