利用熱分析與光譜(紅外光譜、質(zhì)譜等)聯(lián)用技術(shù)，對熱分解過程逸出氣體進(jìn)行檢測和分析,，即可了解熱分解過程氣體的釋放情況，從而推測出該物質(zhì)可能的反應(yīng)機(jī)理,。若將熱分解非等溫動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)用分析主要逸出氣體產(chǎn)物的紅外吸收強(qiáng)度與溫度(時(shí)間)的關(guān)系,，獲得熱分解過程中各種生成氣體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和機(jī)理函數(shù),，就能為研究熱分解(初期)“微觀”或“基元”反應(yīng)過程提供一條新途徑,，并使研究更接近熱分解和相互作用過程化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì),。實(shí)際上熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)( TGA-FTIR)是利用吹掃氣(通常為氮?dú)饣蚩諝?將熱失重過程中產(chǎn)生的揮發(fā)分或分解產(chǎn)物，通過恒定在高溫下(通常為200～250 ℃)的金屬管道及玻璃氣體池,，引入紅外光譜儀的光路中,并通過紅外檢測,、分析判斷逸出氣組分結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)。由于該技術(shù)彌補(bǔ)了熱重法只能給出熱分解溫度,、熱失重百分含量,，而無法確切給出揮發(fā)氣體組分定性結(jié)果的不足，因而在各種有機(jī),、無機(jī)材料的熱穩(wěn)定性和熱分解機(jī)理方面得到了廣泛應(yīng)用,。

一 TG-IR對無機(jī)材料的熱解分析  

    測試樣品(一般為0.5～2.0mg)置于熱分析(DSC(差示掃描量熱分析)，DTA(差熱分析),、TG(熱重分析))儀器(如德國NETZSCH STA449C型熱分析儀等)樣品池中。傅里葉變換紅外光譜儀(如德國BRUKER TENSOR系列等)與熱分折儀以聯(lián)用傳輸管連接測試過程中,。氣氛為動(dòng)態(tài)(流量預(yù)設(shè)如50mL/min)氬氣,、氮?dú)饣蚩諝猓琁R聯(lián)用傳輸管及其接口部位保持一定的溫度(如l80—200℃)，樣品于樣品池中以恒定溫度步長(如10℃/min等)從室溫(一般為20℃)程序升溫加熱溫度范可設(shè)定為20～500℃),。動(dòng)態(tài)氮?dú)獾葘悠返姆纸鈿怏w產(chǎn)物攜帶并通過紅外檢測器,。鄒學(xué)權(quán)、王新紅,、等把煤制成分析煤樣,，取一定的煤樣用模擬空氣氣氛(N2流量為80L/min，O2流量為20 L/min)進(jìn)行燃燒,。燃燒生成氣體由接口進(jìn)入紅外進(jìn)行在線檢測,。由熱重曲線(TG)和差熱掃描曲線(DSC)對煤進(jìn)行定性分析。由紅外曲線確定其釋放物質(zhì)的種類和數(shù)量,；同時(shí)根據(jù)不同升溫速度條件下煤粉的熱重?fù)p失曲線確定煤粉的反應(yīng)活化能曲線,。利用紅外光譜與熱重聯(lián)用可以在線檢測煤燃燒釋放物質(zhì)的種類和數(shù)量，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用上可以為控制污染物的排放提供依據(jù),。采用TG-DSC-FTIR技術(shù)來分析煤的燃燒特性,，可以非常經(jīng)濟(jì)、快速地確定煤粉的著火溫度,、煤粉的燃燒活化能以及煤粉燃燒不同階段釋放物質(zhì)的種類和數(shù)量,，從而為工業(yè)生產(chǎn)和污染防治提供初步的參考和依據(jù)。  

    水滑石是一種新型的,、無毒,、低煙等多功能的新型聚烯烴熱穩(wěn)定劑及阻燃劑，其結(jié)構(gòu)式為[Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O,，是典型的多層結(jié)構(gòu),。侯斌[2]利用TGA-FTIR對其阻燃及熱穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)因受熱分解生成的水在蒸發(fā)時(shí)需吸收大量熱量,，降低了聚合物的表面溫度,，釋放出的CO2氣體和水蒸氣還能稀釋可燃?xì)怏w的濃度，減弱火勢,。因此,，可起到氣相阻燃作用。zui終的熱分解殘余物氧化鎂和氧化鋁覆蓋于聚合物表面,，既能形成隔熱層,，又能隔離空氣中的氧氣，起到了凝聚相阻燃作用,。  

氫氧化鋁是一種zui常見的阻燃填充劑,，由于無毒、價(jià)廉,燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒和腐蝕性氣體,，且具有阻燃,、抑煙的作用,，已被廣泛應(yīng)用于高填充塑料材料中。氫氧化鋁作為阻燃劑,，在高溫下能分解出化學(xué)結(jié)合水,。因該脫水分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng),可延緩高聚物的熱分解速度、減慢或抑制高聚物的燃燒,，起到抑煙作用,。據(jù)氫氧化鋁熱失重時(shí)逸出水蒸氣的紅外譜圖得知其中30%的結(jié)合水在226～336 ℃迅速失去，而剩余的約5%,則在之后較高的溫度下才慢慢脫掉,。

  岳林海,、劉清等通過熱分析、紅外聯(lián)用和X射線衍射分析了不同煅燒溫度下的納米摻鐵二氧化鈦樣品,，研究了sol-gel方法制備的純二氧化鈦和摻鐵二氧化鈦干凝膠的熱分解和晶化過程,。結(jié)果表明，干凝膠有較為明顯的兩個(gè)階段的熱分解,。在實(shí)驗(yàn)條件下得到的二氧化鈦干凝膠粉為無定形,，無定形二氧化鈦加熱晶化過程是一個(gè)持續(xù)的過程，沒有明顯的晶化溫度,。     

熱分析與光譜(紅外光譜,、質(zhì)譜等)聯(lián)用技術(shù)，不僅可以得到體系受熱過程中產(chǎn)生的質(zhì)量以及熱量變化的信息,，還可以對熱分解過程中逸出的氣體進(jìn)行同步檢測和分析,，即可研究熱分解過程中熱分解氣體組分與溫度的關(guān)系。崔爽應(yīng)用紅外光譜-熱重聯(lián)用技術(shù)研究了金屬有機(jī)骨架化合物MOF-5的熱解過程,，熱重試驗(yàn)結(jié)果表明,，MOF-5熱失重主要分為三個(gè)階段，室溫至183℃,，183-342℃,，342-500℃在500℃以后的失重很緩慢。針對FTIR的同步檢測數(shù)據(jù),，定性研究了MOF-5熱解過程中的分解產(chǎn)物,。

二 TG-IR對高聚物材料的熱解分析  

熱重-傅里葉紅外(TGA-FTIR)聯(lián)用方法是當(dāng)前高聚物研究領(lǐng)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析的新工具。姚燕,、王樹榮,、芩可法等首先利用紅外固體壓片法對樣品進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)分析，隨后研究了木質(zhì)素在高純氮?dú)夂蛣?dòng)態(tài)升溫條件下的熱失重行為,，并采用傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜法(FTIR)聯(lián)用技術(shù)分析了木質(zhì)素?zé)崃呀膺^程中的產(chǎn)物析出特性,。

  田建軍等采用熱重-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用技術(shù)研究了在N2氣氛下乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的熱穩(wěn)定性及其分解失重情況；實(shí)驗(yàn)首先單獨(dú)使用熱重分析儀考察了EVA在不同升溫速率下的失重情況,；然后采用熱-紅聯(lián)用技術(shù)對EVA失重過程中的逸出氣體進(jìn)行考察,。

  Thermal analysis—IR法在含能材料熱分解方而的應(yīng)用相對較多,，如V.Sergey等用以研究ADN(二硝酰胺)的熱分解機(jī)理，劉子如[8]等用以研究PYX,、GAP(縮水甘油疊氮聚醚)、PDADN(二疊氨季戊二酵二硝酸酯),、AP/RDX(HMX)混合體系,、HTPB(端羥基聚丁二烯)/AP混合體系、HTPB/AP混合體系,、RDX—CMDB(復(fù)合改性雙基)推進(jìn)劑等含能材料的熱分解研究,。對上述材料熱分解氣體產(chǎn)物的種類及其形成過程進(jìn)行了詳細(xì)的表征。

      熱重-傅里葉紅外光譜聯(lián)用技術(shù)(TG-FTIR)不僅可獲得物質(zhì)熱分解的失重與溫度關(guān)系,，還可實(shí)時(shí)檢測物質(zhì)熱分解氣相產(chǎn)物的組成,，因而越來越受到研究者的重視，廣泛應(yīng)用于化工,、能源,、材料等領(lǐng)域。近年來,，TG-FTIR技術(shù)也逐漸應(yīng)用于國內(nèi)外生物質(zhì)熱解氣化的研究中,，楊景標(biāo)、蔡寧生研究利用TG-FTIR聯(lián)用技術(shù),，在生物質(zhì)非催化熱解研究基礎(chǔ)上,，探討生物質(zhì)催化條件下的熱解揮發(fā)分析出特性，分析研究熱解溫度,、催化劑種類對生物質(zhì)熱解主要揮發(fā)分產(chǎn)物的影響,，為生物質(zhì)熱解氣化選擇合理的催化劑提供參考依據(jù)。

     使用熱重-傅里葉變換紅外光譜(TG-FTIR) 聯(lián)用技術(shù)可以分析煤熱解的失重過程,，在線連續(xù)檢測熱解過程中析出產(chǎn)物的種類和數(shù)量隨溫度或時(shí)間的變化,。本研究利用TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)研究堿金屬、堿土金屬和過渡金屬對煤熱解的催化作用和揮發(fā)分析出的影響,。熱重-紅外聯(lián)用方法可以對TG法熱解實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行FTIR實(shí)時(shí)跟蹤分析,，沒有滯后和返混現(xiàn)象，因此TG-FTIR聯(lián)用方法可以作為一種更準(zhǔn)確,、方便,、快速的研究煤質(zhì)動(dòng)態(tài)特性分析方法為研究者使用。蘇桂秋,、盧洪波,、崔暢林在一定的條件下對不同煤質(zhì)進(jìn)行了熱重-紅外聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)研究，表明該方法可以在一次實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)獲得煤的工業(yè)分析,、熱解特性參數(shù),、熱解產(chǎn)物分析等結(jié)果,。  

   煤粉、生物質(zhì),、廢棄物等固體樣品的熱化學(xué)過程非常復(fù)雜,，如多步反應(yīng)連續(xù)，甚至彼此重疊發(fā)生,。為全面了解上述熱反應(yīng)途徑,，需采用熱重－紅外/質(zhì)譜等聯(lián)用方法確定固體樣品的質(zhì)量變化，同時(shí)對釋放的多組分氣體產(chǎn)物（如二氧化碳,、氮氧化物以及一系列脂肪族碳?xì)浠衔锏龋┻M(jìn)行識別表征,。陳玲紅等在對一已知計(jì)量反應(yīng)途徑的固體樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對熱重－紅外聯(lián)用過程中氣體傳輸滯后,、擴(kuò)散逆混合等質(zhì)量轉(zhuǎn)移問題進(jìn)行定量校正研究,。以炭黑固體樣品在氧氣氣氛中的熱紅聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，提出了根據(jù)紅外獨(dú)立吸收特征光譜曲線計(jì)算多組分氣體產(chǎn)物逸出體積流量的定量方法,；考察不同載氣流速下熱紅聯(lián)用實(shí)驗(yàn),，得出采用合適的載氣流速（60～120mL/min），可利用近似簡化的方法快速確定多組分的逸出體積流速,。

熱重-紅外分析是一種新型的測試技術(shù),，用于測定樣品在程序控制溫度下產(chǎn)生的質(zhì)量變化及分解過程產(chǎn)生氣體的化學(xué)成分。丁超等對聚合物進(jìn)行熱重-紅外連用可以比較清楚的分析聚合物在熱分解過程中的分子鏈斷裂分解行為,。為研究納米復(fù)合材料的熱分解行為提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),。一般將聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料的熱性能的提高歸結(jié)于納米分散的蒙脫土有明顯限制碳一碳鍵斷裂產(chǎn)生的揮發(fā)性分解產(chǎn)物從復(fù)合材料中逃逸的作用和吸附分解產(chǎn)物的作用。   

    熱重分析是定量的研究物質(zhì)在熱處理過程中質(zhì)量的變化,。對藥物熱降解和熱氧降解過程來說它能準(zhǔn)確地測出降解過程的失重量,，也即失去某一組成部分的量。但它不能明確直接測定出是哪一部分組成物,。而紅外分析是測定化合物的定性分析,，它能明確定出藥物熱降解和熱氧降解過程中失去的是那一部分生成物、是什么物質(zhì),。但它不能明確定出失去這一組成物質(zhì)的質(zhì)量,。熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)吸取了這兩種方法的長處。林木良通過對藥物氯甲雙磷酸鈉的熱氧降解過程的研究證明,，該方法的確是研究藥物熱氧降解過程的好方法,。

通過熱分析-紅外(DSC-TG-FTIR)聯(lián)用技術(shù)，可得到PDADN分解氣體產(chǎn)物紅外特征吸收相對強(qiáng)度隨時(shí)間或溫度變化的“熱-紅”(TIR)曲線,。同時(shí)把熱分析非等溫動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)用于TIR曲線的動(dòng)力學(xué)處理.施震灝,、陳智群等用Coats-Redfern方程和Ozawa方程計(jì)算獲得了PDADN熱分解氣體產(chǎn)物生成的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。zui后通過Arrhenius方程得到了PDADN熱分解各氣體產(chǎn)物之間生成速率的“等動(dòng)力學(xué)點(diǎn)”,，并以此解釋了PDADN的熱分解機(jī)理,。     

姚冬林等利用TG-FTIR聯(lián)用技術(shù),，研究稻殼在高純氮?dú)鈿夥障拢诓煌郎厮俾蕳l件下的熱失重行為,，并分析了稻殼熱解過程中氣態(tài)產(chǎn)物的析出特性,；運(yùn)用TG- FTIR聯(lián)用技術(shù)采用Coats- Redrern積分法對稻殼的熱解過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得到稻殼的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù),，為進(jìn)一步研究稻殼氣化原理,，增大氣化產(chǎn)氣率，提高氣化效率,，奠定了基礎(chǔ)。   

   橡膠并用是改善橡膠加工技術(shù)及橡膠制品質(zhì)量的重要途徑,，*的橡膠總消耗量中75%是以并用橡膠形式進(jìn)行應(yīng)用,。隨著大量的并用橡膠制品出現(xiàn)，對并用橡膠結(jié)構(gòu)與組成的剖析引起人們廣泛關(guān)注,。黃國波,、王銳蘭采用TGA - FTIR技術(shù)，對并用膠NR/SBR,、NBR/ SBR,、IIR/ SBR、NBR/ FPM,、EPDM/MVQ 進(jìn)行成分分析,。通過對熱分解產(chǎn)物紅外譜圖上顯示的峰進(jìn)行了官能團(tuán)的歸屬分析，鑒定各種并用橡膠的成分,。  

    垃圾的熱解特性對垃圾焚燒爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有著重要的指導(dǎo)意義,，而TG作為一種研究物質(zhì)失重特性的方法被廣泛應(yīng)用。祝紅梅等人通過TG-FTIR聯(lián)用分析儀,，選取醫(yī)療垃圾中代表高分子類的聚丙烯, 膠手套, 代表纖維素類的醫(yī)用口罩,，竹簽，以及模擬肌肉組織的豬肉作為醫(yī)療垃圾的典型組分,，進(jìn)行單一及混合熱解實(shí)驗(yàn),，研究不同類別組分和相同類別的各組分之間的混合特性及相互影響通過實(shí)驗(yàn), 進(jìn)一步采用微分法和積分法對各組分進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解，同時(shí)獲得反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù),，得到失重過程中析出的氣體分布以及混合組分與單組分在析出氣體上的變化,。。 TG峰值數(shù)量及出峰時(shí)間均與FTIR中zui大吸收率的峰值數(shù)量和出峰時(shí)間對應(yīng),，此聯(lián)用方法不僅可以了解各組分的失重特性,，而且可以定性分析各失重階段對應(yīng)的析出氣體產(chǎn)物組成。

三 結(jié)論   

  通過以上文獻(xiàn)總結(jié),，TGA - FTIR聯(lián)用技術(shù)因其糅合了熱分析和紅外光譜分析 方法的優(yōu)點(diǎn)而受到更多人的關(guān)注,；同時(shí)這一分析手段也日趨成熟并且被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,，研究對象也越來越復(fù)雜。TGA - FTIR聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可總結(jié)如下：(1)利用TGA - FTIR聯(lián)用技術(shù)可以快速,、直觀地分析聚合物及其助劑熱分解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及分解機(jī)理,，進(jìn)而推斷出有效逸出氣的作用機(jī)理，為有害逸出氣的防范提供參考依據(jù),。(2) TGA-FTIR聯(lián)用技術(shù)可作為一種輔助手段,，根據(jù)逸出氣成份推測試樣的組成，尤其是對于多種組分混合,、紅外譜圖疊加難以區(qū)分的情形,。(3)由于測試條件對TGA - FTIR 聯(lián)用測試結(jié)果影響很大，應(yīng)注意試驗(yàn)條件的優(yōu)化,，以避免導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷,。