熱分析是科研表征中常見的手段。所謂熱分析，指通過控制樣品溫度的改變，來分析其相應物理化學性質的改變。最為常見的熱分析手段有三種熱重分析（TG）、差熱分析（DTA）和差示掃描量熱法（DSC）。具體分析和講解如下：

1. 如何正確選擇熱分析方法？

三種熱分析方法各有所長，可以單獨使用、也可以聯合使用。具體如何選擇，我們首先從定義出發，了解這些表征手段。

TG：在程序控溫下，測量樣品的質量（m）隨溫度的變化。如果你需要知道，樣品在升溫或者降溫過程中，樣品質量的變化（比如吸附、脫附、分解等），請選擇TG。比如工業催化劑中常會有積碳現象，通過TG表征可以確定積碳量。

DTA：在程序控制溫度下，測量參比物和樣品溫差（△T）隨溫度（T）的變化。DTA與TG的區別在于測量值從質量變為溫差。之所選擇測試溫差，是因為升溫過程中發生的很多物理化學變化（比如融化、相變、結晶等）并不產生質量的變化，而是表現為熱量的釋放或吸收，從而導致樣品與參比物之間產生溫差。DTA能夠發現樣品的熔點、晶型轉變溫度、玻璃化溫度等等信息。

DSC: 在程序控制溫度下，測量給于參比物和給予樣品的能量之差（△Q）隨溫度（T）的變化。在整個測試過程中，樣品和參比物溫差控制在極小的范圍內。當樣品發生物理或者化學變化時，控溫裝置將輸入一定功率能量，以保持溫度平衡?？梢院唵蔚膶SC看成是DTA的升級版。DSC也確實是從DTA發展而來。傳統的DTA儀器因為樣品池材質的關系，只能測溫差，無法準備測量熱和焓的變化。后期通過改變材質和結構，使得從溫差轉變為能量差成為可能（熱流型）。最后又出現一種直接測量輸入熱量差的DSC(功率補償型)。DSC的優點在于靈敏度高、可以定量測量焓、比熱容等物理量。

2. 數據如何分析？

TG：典型的TG圖如下圖1所示：

圖1

其中最重要的信息是失重的溫度點和失重的比例。根據你所測試材料的性質和這些溫度點、失重比例，可以推測所發生的物理化學變化。比如100 - 150 攝氏度之間常對應物理吸附的水。200 - 350攝氏度范圍的失重常對應有機物的分解。

DTA：曲線圖如下圖2所示：

圖2

圖中的縱坐標為溫差，橫坐標為溫度或者時間。對于DTA曲線的分析主要有三部分：峰位、峰的形狀和峰的個數。峰位用于判斷發生變化的溫度（比如相變溫度、玻璃化溫度、分解溫度等）、峰的形狀用于判斷吸熱還是放熱，一般規定向上為放熱、向下為吸熱。每個峰都對應一種化學或物理變化。

DSC: 如圖3.

圖3

從形狀來看，DSC曲線和DTA很相似，但縱坐標不同。DSC圖中縱坐標熱流量（單位為mW或者mJ/S）。從積分峰面積就能算出焓變。如果參比物比熱容已知還可以算出樣品的比熱容。在實際應用中TG常和DTA或者DSC連用。

3. 測試中的注意事項

在進行熱分析測試時，需要注意三個方面：1.升溫速率，升溫速率不易過快。否則會導致基線不穩，溫度測試不準確等問題。一般選擇在10 - 20 攝氏度/min。2.氣氛的選擇：這需要根據要求選擇。比如需要排除O2的干擾，則可以選擇N2氣氛。還可以選擇還原性氣氛。3. 加蓋與否：a. 對于物理效應(熔融、結晶、相變等)的測試或偏重于DSC的測試，通常選擇加蓋。對于未知樣品，出于安全性考慮，通常選擇加蓋。b. 對于氣固反應(如氧化誘導期測試或吸附反應)，使用敞口坩堝(不加蓋)。c. 對于有氣體產物生成的反應(包括多數分解反應 )或偏重于TG的測試，在不污染損害樣品支架的前提下，根據反應情況與實際的反應器模擬，進行加蓋與否的選擇。對于液相反應或在揮發性溶劑中進行的反應，若反應物或溶劑在反應溫度下易于揮發，則應使用壓制的Al坩堝(溫度與壓力較低)或中壓、高壓坩堝(溫度與壓力較    高)。對于需要維持產物氣體分壓的封閉反應系統中的反應同樣如此。{加蓋與否內容摘自《現代催化研究方法》}

4. 實例分析：

圖4

圖4為WZrOx復合催化劑的TG和DSC圖。150度之前的質量損失（TG圖）為催化劑表面吸附水的脫除。310 - 340 C為有機大分子的分解，對應DSC圖中的α放熱峰。350度之后，TG線中沒有任何質量損失。DSC曲線上的β放熱峰對應ZrO2的結晶峰。結合其他表征，作者將γ峰歸結為催化劑中形成很細小的W-ZrO2 Cluster。