量热与热分析（九）：热分析联用技术

热分析联用技术是指在程序控制温度和一定气氛下，对一个试样采用两种或多种热分析方法的技术。常规的热分析可以得到热分析实验过程中所研究的对象在一定的气氛和程序控制温度下由于其结构、成分变化而引起的质量、热效应、尺寸等性质的变化信息。通过与其他常规分析技术的联用，还可以得到在物质的性质发生变化的过程中产物的结构、成分、形貌、物相等的变化信息。

如果只是把联用仪看做几个分析技术的叠加，就会失去联用自身的独特优势。当许多技术在进行联用时，往往会牺牲每种技术自身的一些指标优势。例如，对于热重-差热分析仪和热重-差示扫描量热仪而言，与单一的热分析技术相比，其每一组成部分的灵敏度均有所下降。当需要研究一些很微弱的相转变或者质量变化时，此时应优先采用单一的热分析技术。

热分析联用技术主要包括同时联用技术、串接联用技术和间歇联用技术三种形式：

1.同时联用技术

同时联用技术（simultaneous techniques）是指在程序控制温度和一定气氛下，对一个试样同时采用两种或多种热分析技术，也被称作同步热分析（STA），本系列往期有单独的专题介绍。常见的同时联用技术主要有热重-差热分析技术和热重-差示扫描量热技术两种，例如中科热仪STA-790型同步热分析仪。此外可以同时记录试样在加热过程中的形貌变化的显微热分析技术也属于这个联用形式。

图1 中科热仪STA-790型同步热分析仪

2.串接联用技术

串接联用技术（coupled simultaneous techniques）是指在程序控制温度和一定气氛下，对一个试样采用两种或多种热分析技术，后一种分析仪器通过接口与前一种分析仪器相串接的技术。将热分析仪与可分析气体的技术串接起来分析由热分析仪逸出的气体产物的联用技术是最常见的串接联用形式。

根据ICTAC（国际热分析和量热学联合会）提出的命名方法，EGA（Evolved Gas Analysis，逸出气体分析）是一种用来确定在热分析实验期间形成的挥发性产物或产物的性质和数量的技术。下期将对串接联用技术部分进行详细介绍。

该类联用仪的主要部件包括热分析仪部分、在线监测气体部分（如质谱、红外光谱等）以及将两者连接起来的接口等。为了获得释放气体分析的最佳结果，热分析仪和接口部分一定要设计成保证释放气体有足够量转移到逸出气体分析仪（EGA），同时逸出气体监测部分要设计成能够实现快速扫描和长周期稳定操作功能。

3.间歇联用技术

间歇联用技术（discontinuous simultaneous techniques）是指在程序控制温度和一定气氛下，对一个试样同时采用两种或多种热分析技术，仪器的连接形式与串接联用相同，但第二种分析技术是不连续地从第一种分析仪取样。常见的间歇式联用技术为热分析仪与气相色谱技术的联用。

图2 热分析/气相色谱联用仪的结构框图

将热重分析仪（TGA）与质谱（MS）联用，进行逸出气体分析，已成为热重分析中非常成熟的科研手段。对于复杂样品来说，TG/MS几乎无法得到同时逸出的混合气体的数据。而将热重和气相色谱联用（通常为气相色谱质谱联用），可以得到材料完整的特性，精确表征热重分析过程中产生的气体具体成分。下表列出了热分析/质谱联用技术与热分析/气相色谱联用的主要区别。

表1 热分析/质谱联用技术与热分析/气相色谱联用的主要区别

（注：图2和表1均引用自《热分析基础》/丁延伟编著.—合肥：中国科技大学出版社，2020.3）