同步热分析仪(STA)是一种将热重分析(TG)与差示扫描量热法(DSC)或差热分析(DTA)结合为一体的多功能热分析仪器,其技术原理深度解析如下:
核心原理:热效应与质量效应的同步捕捉
同步热分析仪基于物质的热效应(能量变化)和质量效应(质量变化)展开分析。在程序控温(升温、降温或恒温)过程中,仪器通过高精度天平实时监测样品质量变化(TG信号),同时利用热流传感器测量样品与参比物之间的热流差(DSC信号)或温度差(DTA信号)。例如,当样品受热分解时,TG曲线会显示质量下降,而DSC曲线则可能因吸热或放热反应呈现对应的峰谷,二者结合可精准定位分解温度区间并计算热焓变化。
技术融合:双维度信息的互补验证
TG与DSC/DTA的联用实现了数据互补。一方面,TG可检测物质的分解、挥发、氧化等质量变化过程,但无法区分热效应类型(如吸热或放热);另一方面,DSC/DTA能精准捕捉相变、化学反应中的能量变化,却无法直接反映质量损失。通过同步测量,研究人员可同时获取“何时发生质量变化”与“质量变化伴随何种热效应”的信息,从而判别物化过程类型(如区分熔融峰与分解峰)。
系统构成:精密控制与信号处理
仪器由加热系统、测量系统、气氛控制系统和数据处理系统组成。加热系统提供稳定可控的温场(如室温至1500℃);测量系统集成高灵敏度天平(分辨率达0.1μg)与热流传感器,实时采集质量与热信号;气氛控制系统可模拟惰性、氧化性等环境;数据处理系统则对原始信号进行放大、滤波和校准,生成直观的TG-DSC曲线,并支持峰温、热焓等参数的自动分析。
应用优势:高效、精准与多功能性
同步热分析仪通过单次实验即可获取双维度数据,节省样品量(尤其适用于昂贵或难制取样品)和实验时间,同时消除多次测量中因样品均匀性、升温速率差异等引入的误差。其应用覆盖高分子材料热稳定性分析、金属相变研究、药物纯度鉴定等领域,成为材料研发与质量控制的关键工具。
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