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热分析作为实验室一种基本的测试手段，已经成为材料分析过程中必不可少的一部分。其中，典型热分析技术（TG/DSC/STA）以高达70%的总应用占比，构成了热分析的三大支柱。热分析是仪器分析的一个重要分支，它对物质的表征发挥着不可替代的作用。热分许历经百年的悠悠岁月，从矿物、金属的热分析兴起，近几十年来在高分子科学和药物分析等方面焕发了勃勃生机。各种热分析方法的适用范围见下表。热重分析法（Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA）为使样品处于一定的温度程序（升/降/恒温）控制下，观察样品的质量随温度或时间的变化过程，获取失重比例、失重温度（起始点，峰值，终止点...）、以及分解残留量等相关信息。量热学是研究如何测量各种过程伴随的热量变化的学科。精确的热性质数据原则上都可通过量热学实验获得，量热学实验是通过量热仪进行的实施过程。差热分析（DTA）是在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。两种方法的物理含义不一样，DTA仅可以测试相变温度等温度特征点，DSC不仅可以测相变温度点，而且可以测相变时的热量变化。DTA曲线上的放热峰和吸热峰无确定物理含义，而DSC曲线上的放热峰和吸热峰分别代表放出热量和吸收热量，这也是DTA使用率迅速衰减，而DSC成为热分析主流的根本原因。（1）一次实验可同时获得TG、DSC两种曲线，节约时间，节省试样。（2）从不同侧面共同反映物质的变化过程，从而有利于对该物质的变化过程进行全面分析和判断。DSC只能反映焓变而不能反映质量改变；TG只能反映质量改变而不能反映焓变，两者联用，则可同时搞清物质的焓和质量在程序控温过程中的变化情况。Fig1/2典型的TG-DSC同步热曲线，在合适条件下，可以定性估算样品的成分数量以及各成分热稳定性，以及程序控温过程中，样品的其他吸放热性质。如果材料是高分子聚合物，需要测试玻璃化转化温度，需要进行什么表征？有什么注意事项吗？首先，玻璃化转化温度一般可以采用DSC进行测试 (Fig3b)；至于注意事项，国标已经给了我们明确的答案：根据GBT 19466.1-2004 附录B建议，想得到不受热历史影响的样品材料（尤其是多聚物）的热性能信息，应使用热分析处理（三步法），并采用第二次扫描的结果(Fig3a);当然，如果想研究样品初始的热性质，可以直接使用未经热处理的数据。此外，其他热性能信息，比如熔融结晶温度(Fig4)或者样品不同状态比热容测试(Fig5)，也是热分析中的主要测试目的。如下图所示，研究者结合TG和DTA对α-MnO2在高温下的晶型转变进行了探索。从图中可以看出，400℃时出现第一次质量损失（1.9%），对应于分解水的脱去；在530℃下，出现第二次质量损失，对应于O2的释放，从而推测此处出现了α-MnO2到方铁锰矿相(Mn2O3)的转变；870℃下的吸热峰则对应于晶型向黑锰矿(Mn3O4)晶型转变。下图所示是一种利用空气刻蚀技术对石墨烯基面造孔，从而引入微/介孔的实验结果。该研究者利用TG测试技术（指图中-●-线），但需要说明的是，此处只是利用6个不同温度下条件下，保温10小时后所剩石墨烯质量进行绘制图形的结果，与一般意义上的程序控温有些不同。根据图四，发现在440℃左右开始出现大的质量损失，证明此处是石墨烯被空气刻蚀开始的温度，证明440℃下，既能够保证石墨烯基面能够被刻蚀，又不会出现石墨烯被完全烧掉的情况，保证了最终能够得到具有基面微/介孔的石墨烯材料。此处为对以竹子为固体燃料的测试。在不同升温速率下，对其进行了热重分析。由图可知，两处不同的质量损失段分别对应于不同的反应。其中，在温度为200-350℃为竹子中综纤维素和木质素的燃烧分解所致，在温度为350-500℃的质量损失则对应于所剩木质素和碳的燃烧。 
[1] Y. Tanaka a MT a Y T. ESCA and thermodynamic studies of alkali metal ion exchangereactionson an a-MnO2 phase with the tunnel structure. Phys. Chem. Chem. Phys, Received20th September 1999, Accepted 25th January 2000:[2] Lin Y, Han X,Campbell C J, et al. Holey Graphene Nanomanufacturing: Structure, Composition,and Electrochemical Properties. Advanced Functional Materials, 2015, 25(19):2920-2927.[3] Lu J-J, ChenW-H. Investigation on the ignition and burnout temperatures of bamboo andsugarcane bagasse by thermogravimetric analysis. Applied Energy, 2015, 160:49-57.
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