【收藏】一文全面读懂同步热分析技术

张明 2026-03-26

同步热分析（TG-DSC）通过同时测量样品在程序控温过程中的质量变化（TG）和热流变化（DSC），实时关联材料的失重行为与热效应。一次实验即可获得分解温度、热稳定性、相转变、氧化还原等信息，广泛应用于材料、化工、能源等领域，为热力学分析和反应机理研究提供关键数据支撑。

1. 基本原理

1）热重分析（TG）热重分析通过在程序控温下连续称量样品质量，记录其随温度或时间的变化轨迹。借助质量变化曲线，可以解析材料的热稳定性、特征分解温度以及各组分含量（如吸附水、残留溶剂、灰分等），适用于伴随质量改变的物理或化学过程，如氧化、分解、还原反应等。

2）差示扫描量热法（DSC）DSC通过对比样品与惰性参比物在相同升温程序下的热流差异，捕捉样品在受热过程中的吸热或放热行为。它能够灵敏地检测熔融、结晶、玻璃化转变、晶型转变等无质量变化的热事件，同时可定量分析反应焓、比热容等热力学参数，是研究材料热效应的重要手段。

3）同步联用分析
将TG与DSC模块集成于同一系统中，可在一次升温过程中同步采集样品的质量变化与热流信号。这种协同测量方式不仅提升了分析效率，还能将质量变化与热事件精准对应，从而更清晰地解析材料在受热过程中的物理转变与化学反应，尤其有助于区分熔融、结晶等无质量变化的热行为与伴随失重的分解过程。

2. 应用领域

得益于同步热分析可同时捕获质量变化与热效应的独特优势，该技术在多个科学与工程领域展现出广泛的应用价值，为材料的热行为解析和工艺优化提供关键数据支撑。

1）材料科学：TG-DSC是研究各类材料热响应特性的重要工具。对于金属材料，可通过特征吸放热峰分析合金的相变温度、熔融行为及凝固过程；在陶瓷材料研究中，常用于评估高温下的热稳定性、烧结行为以及可能的分解或氧化过程；对于高分子材料，则可精准测定玻璃化转变温度（Tg）、结晶度、熔融行为以及热降解机制，为材料配方与加工工艺提供指导。

2）药物研发与制药工程：同步热分析的应用尤为关键。药物多晶型现象直接影响其溶解度与生物利用度，通过DSC信号可清晰区分不同晶型的熔融行为；同时，结合TG曲线可精确检测药物中结晶水、吸附水或残留溶剂的脱除过程，评估药物在储存或加工过程中的热稳定性。此外，对于药物活性成分（API）与辅料的相容性研究，TG-DSC也能提供快速、灵敏的热分析依据。

3）能源材料研究：随着高能量密度电池的快速发展，材料的热安全性成为关注焦点。利用TG-DSC可系统评估电极材料、电解质在升温过程中的热稳定性，检测分解起始温度、放热量以及可能的热失控风险。同时，该技术还可用于相变储能材料的相变温度与相变焓测定，以及燃料电池、催化剂材料在反应条件下的热行为分析。

4）化工与环境：TG-DSC同样发挥着重要作用。在催化研究中，可通过程序升温实验分析催化剂前驱体的分解行为、活性组分的形成温度以及积碳氧化过程。对于有机化合物，该技术有助于解析其热分解路径、挥发行为以及氧化稳定性。在环境工程中，常用于研究固体废弃物（如污泥、塑料、生物质）的热处理过程，为燃烧、热解或气化工艺的参数优化提供基础数据支持。