在對(duì)熱重曲線進(jìn)行解析時(shí)，應(yīng)規(guī)范表示由相應(yīng)的TG曲線所得到的信息。此處所指的規(guī)范主要指曲線的作圖以及對(duì)曲線所反映的信息的描述等應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。在大多數(shù)科研論文和報(bào)告中，通常以圖表的形式列出由熱重實(shí)驗(yàn)得到的曲線。在進(jìn)行作圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在得到的熱重曲線中，橫坐標(biāo)中自左至右表示時(shí)間或者溫度的增加，縱坐標(biāo)中自下至上表示物理量（通常為百分比形式表示的質(zhì)量）的增加（圖1）。在圖1中給出了典型的TG曲線，由圖可見(jiàn)，橫坐標(biāo)為溫度，自左至右表示溫度依次遞增?？v坐標(biāo)為重量，為了便于比較，通常用歸一化后的重量百分比表示，自上至下表示質(zhì)量依次遞減。（加熱速率：10℃/min；氮?dú)鈿夥?，流?/span>20mL/min；敞口氧化鋁坩堝）（2）對(duì)于單條熱重曲線，當(dāng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的特征轉(zhuǎn)變過(guò)程不多于兩個(gè)（包括兩個(gè)）時(shí)，通常在圖中空白處標(biāo)注轉(zhuǎn)變過(guò)程的特征溫度或時(shí)間、歸一化表示的質(zhì)量等信息；當(dāng)特征轉(zhuǎn)變過(guò)程多于兩個(gè)時(shí)，通常采用列表說(shuō)明每個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程的特征溫度或時(shí)間、質(zhì)量等信息的方法。當(dāng)需要對(duì)得到的多條曲線對(duì)比作圖時(shí)，對(duì)每條曲線的特征溫度或時(shí)間、質(zhì)量等信息也應(yīng)采用列表說(shuō)明的方式進(jìn)行表述。對(duì)于一張圖中含有多條曲線的情形，可以通過(guò)列表的形式列出每條曲線的特征量，然后再分析其變化規(guī)律。例如，圖2為不同升溫速率下Zr(OH)4的熱重曲線，由圖中每條曲線確定的特征量列于表1[1]。表1 Zr(OH)4在不同升溫速率下的熱分解溫度區(qū)間和質(zhì)量損失 由圖2可見(jiàn)，在不同的加熱速率下得到的TG曲線在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)具有一個(gè)形狀相似的臺(tái)階。隨著升溫速率的變化，TG曲線發(fā)生了向高溫方向漂移的現(xiàn)象。隨著升溫速率的提高，TG曲線向高溫移動(dòng)。即在質(zhì)量減少相同的情況下，當(dāng)升溫速率較高時(shí)，發(fā)生相同程度的分解所需要的溫度相對(duì)較高。這是因?yàn)樵嚇觾?nèi)部存在一定的溫度梯度，當(dāng)升溫速率較快時(shí)，分解的程度并不完全，因此產(chǎn)生了相對(duì)的溫度滯后現(xiàn)象；另一方面，不同的升溫速率將造成分解反應(yīng)時(shí)間的差異，如升溫速率為5 ℃/min時(shí)的反應(yīng)時(shí)間是40 ℃/min的8倍。因此，在較低的升溫速率下，相當(dāng)于延長(zhǎng)了Zr(OH)4的熱分解時(shí)間，使得失重起始溫度和最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度均有所降低。（3）作圖時(shí)，還應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)作法：a）熱重曲線的縱坐標(biāo)通常用歸一化后的質(zhì)量表示，縱坐標(biāo)的名稱為質(zhì)量或者重量，相對(duì)質(zhì)量用%的形式表示。b）對(duì)于線性加熱/降溫的測(cè)試，橫坐標(biāo)為溫度，單位常用℃表示。進(jìn)行熱力學(xué)或動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，橫坐標(biāo)的單位一般用K表示；c）對(duì)于含有等溫條件的熱重曲線橫坐標(biāo)應(yīng)為時(shí)間，需要在縱坐標(biāo)中增加一列溫度。當(dāng)只需顯示某一溫度下的等溫曲線時(shí)，則不需要在縱坐標(biāo)中增加一列溫度。例如，圖3為在室溫~800℃范圍內(nèi)、以10℃/min的加熱速率的實(shí)驗(yàn)條件下得到的橫坐標(biāo)以時(shí)間表示的一種紙張的TG曲線。
圖3 在室溫~800℃范圍內(nèi)、以10℃/min的加熱速率的實(shí)驗(yàn)條件下得到的橫坐標(biāo)以時(shí)間表示的一種紙張的TG曲線（實(shí)驗(yàn)氣氛：流速為50mL/min的空氣氣氛，敞口氧化鋁坩堝）由圖3可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，TG曲線出現(xiàn)了三個(gè)質(zhì)量變化階段。在DTG曲線中，在每個(gè)質(zhì)量變化階段均呈現(xiàn)了不同的峰。另外，在分析曲線時(shí)很容易發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)這樣的問(wèn)題，即不太方便由圖3確定每一個(gè)重量變化階段所對(duì)應(yīng)的溫度范圍。在確定相應(yīng)的溫度時(shí)，需要先由橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的時(shí)間找到圖中的溫度曲線所對(duì)應(yīng)的溫度，這種做法顯得比較費(fèi)力、費(fèi)時(shí)、不直觀。在這種情況下，應(yīng)以溫度為橫坐標(biāo)進(jìn)行作圖，如圖4所示。在圖4中，可以方便地確定每個(gè)質(zhì)量變化階段所對(duì)應(yīng)的特征溫度。
圖4 在室溫~800℃范圍內(nèi)、以10℃/min的加熱速率的實(shí)驗(yàn)條件下得到的橫坐標(biāo)以溫度表示的一種紙張的TG曲線（實(shí)驗(yàn)氣氛：流速為50mL/min的空氣氣氛，敞口氧化鋁坩堝）對(duì)于較復(fù)雜的溫度控制程序（尤其當(dāng)含有等溫段時(shí)）而言，橫坐標(biāo)通常以時(shí)間表示。圖5為溫度控制程序中含有多個(gè)等溫階段的橫坐標(biāo)以溫度表示的TG曲線，不難看出圖中的曲線在每個(gè)等溫的溫度下存在著陡降的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于在等溫時(shí)出現(xiàn)了質(zhì)量的減少而引起的。當(dāng)以溫度為橫坐標(biāo)軸進(jìn)行作圖時(shí)，這種質(zhì)量減少表現(xiàn)為某一個(gè)溫度點(diǎn)下的質(zhì)量變化，在以溫度作為橫坐標(biāo)作圖時(shí)這種變化就會(huì)表現(xiàn)為陡降。當(dāng)將橫坐標(biāo)改為如圖6所示的以時(shí)間表示的在溫度控制程序中含有多個(gè)等溫階段的TG曲線時(shí)，不難看出圖中的曲線在每個(gè)等溫的溫度的陡降現(xiàn)象消失了。因此，可以方便地得到在每個(gè)溫度下的質(zhì)量變化信息。圖5 含有多個(gè)等溫階段的復(fù)雜溫度控制程序下的TG曲線（橫坐標(biāo)以溫度表示）（實(shí)驗(yàn)氣氛：流速為50mL/min的空氣氣氛，敞口氧化鋁坩堝）
圖6 含有多個(gè)等溫階段的復(fù)雜溫度控制程序下的TG曲線（橫坐標(biāo)以溫度表示）（實(shí)驗(yàn)氣氛：流速為50mL/min的空氣氣氛，敞口氧化鋁坩堝）在熱重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，其質(zhì)量通常會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。對(duì)于熱重曲線而言，當(dāng)測(cè)量的質(zhì)量發(fā)生了明顯的變化時(shí)，在曲線中通常表現(xiàn)為向上（增重）或者向下（失重）的臺(tái)階。在對(duì)熱重曲線進(jìn)行解析時(shí)，應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求來(lái)規(guī)范表示這些特征物理量。以下以教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JY/T0589.4-2019熱分析方法通則 第4部分熱重法》中對(duì)相應(yīng)的熱重曲線的特征物理量的確定要求來(lái)介紹由熱重曲線確定相應(yīng)的特征物理量的方法。由TG曲線可確定變化過(guò)程的特征溫度和質(zhì)量變化等信息。應(yīng)從以下幾個(gè)方面描述TG曲線：由外推起始準(zhǔn)基線可確定最初偏離熱重曲線的點(diǎn)，通常以Ti或ti表示。外推起始準(zhǔn)基線與熱重曲線的起始邊或臺(tái)階的拐點(diǎn)或類似的輔助線的最大線性部分所做切線的交點(diǎn)，通常以Teo，teo表示。外推終止準(zhǔn)基線與熱重曲線的終止邊或臺(tái)階的拐點(diǎn)或類似的輔助線的最大線性部分所做切線的交點(diǎn)，通常以Tef或tef表示。由外推終止準(zhǔn)基線可確定最后偏離熱分析曲線的點(diǎn)，通常以Tf或tf表示。e）預(yù)定質(zhì)量變化百分?jǐn)?shù)溫度或時(shí)間預(yù)定質(zhì)量變化百分?jǐn)?shù)（假定以x%表示）所對(duì)應(yīng)的溫度或時(shí)間，通常以Tx%或tx%表示。一定溫度或時(shí)間范圍內(nèi)的質(zhì)量變化百分比，通常以M%表示。圖7中以非等溫TG曲線為例，示出了以上特征物理量的表示方法。由DTG曲線可確定變化過(guò)程的特征溫度和質(zhì)量變化速率等信息。應(yīng)從以下幾個(gè)方面描述DTG曲線：試樣在質(zhì)量變化過(guò)程中，質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的最大變化速率，即DTG曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量變化速率，常用rT或rt表示。b）最大質(zhì)量變化速率溫度或時(shí)間質(zhì)量變化速率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度或時(shí)間，即DTG曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的溫度或時(shí)間，通常以Tp或tp表示。圖8以由圖7中TG曲線得到的DTG曲線為例，示出了DTG曲線的各物理量的表示方法。圖中的峰面積對(duì)應(yīng)于圖7中的失重百分比M%。3.規(guī)范描述熱重曲線所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件以及所得到的信息在結(jié)果報(bào)告中應(yīng)將測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)合熱重曲線來(lái)表示由曲線所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件以及所得到的信息。通常來(lái)說(shuō)，在最終形式的結(jié)果報(bào)告中應(yīng)包括以下內(nèi)容中的幾種或全部信息：a) 標(biāo)明試樣和參比物的名稱、樣品來(lái)源、外觀、檢測(cè)時(shí)間、樣品編號(hào)、委托單位、檢測(cè)人、校核人、批準(zhǔn)人及相關(guān)信息；b) 標(biāo)明所用的測(cè)試儀器名稱、型號(hào)和生產(chǎn)廠家；c) 列出所要求的測(cè)試項(xiàng)目，說(shuō)明測(cè)試環(huán)境條件；e) 標(biāo)明制樣方法和試樣用量，對(duì)于不均勻的樣品，必要時(shí)應(yīng)說(shuō)明取樣方法；f) 列出測(cè)試條件，如氣體類型、流量、升溫(或降溫)速率、坩堝類型、支持器類型、文件名等信息；g) 列出測(cè)試數(shù)據(jù)和所得曲線；h) 必要時(shí)和可行時(shí)可給出定量分析方法和結(jié)果的評(píng)價(jià)信息。在以上信息中，在出具的檢測(cè)報(bào)告中應(yīng)盡可能全部包括以上所列舉的信息。在科研論文或研究報(bào)告中，應(yīng)至少包括以上內(nèi)容中的a)、b)、e)、f)、g）等方面的內(nèi)容。其中a）部分內(nèi)容中“外觀、檢測(cè)時(shí)間、樣品編號(hào)、委托單位、檢測(cè)人、校核人、批準(zhǔn)人及相關(guān)信息”在論文中一般不需要提供。1. 孫敏達(dá),朱志慶. 氫氧化鋯熱分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究,應(yīng)用化工, 2007, 36(12):1211-1214.
