利用熱分析與光譜(紅外光譜、質(zhì)譜等)聯(lián)用技術(shù)，對(duì)熱分解過(guò)程逸出氣體進(jìn)行檢測(cè)和分析，即可了解熱分解過(guò)程氣體的釋放情況，從而推測(cè)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(guò)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(guò)程提供一條新途徑，并使研究更接近熱分解和相互作用過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)分或分解產(chǎn)物，通過(guò)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(guò)紅外檢測(cè)、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(wú)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(wú)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(duì)無(wú)機(jī)材料的熱解分析  

    測(cè)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(guó)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(guó)BRUKER TENSOR系列等)與熱分折儀以聯(lián)用傳輸管連接測(cè)試過(guò)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(zhǎng)(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(guò)紅外檢測(cè)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(cè)。由熱重曲線(TG)和差熱掃描曲線(DSC)對(duì)煤進(jìn)行定性分析。由紅外曲線確定其釋放物質(zhì)的種類(lèi)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(cè)煤燃燒釋放物質(zhì)的種類(lèi)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(lái)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(lèi)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(wú)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(duì)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(shì)。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(jiàn)的阻燃填充劑，由于無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)定形，無(wú)定形二氧化鈦加熱晶化過(guò)程是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，沒(méi)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(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量以及熱量變化的信息，還可以對(duì)熱分解過(guò)程中逸出的氣體進(jìn)行同步檢測(cè)和分析，即可研究熱分解過(guò)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(guò)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(duì)FTIR的同步檢測(cè)數(shù)據(jù)，定性研究了MOF-5熱解過(guò)程中的分解產(chǎn)物。

二 TG-IR對(duì)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(shù)榮、芩可法等首先利用紅外固體壓片法對(duì)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^(guò)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(duì)EVA失重過(guò)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(duì)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(duì)上述材料熱分解氣體產(chǎn)物的種類(lèi)及其形成過(guò)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(cè)物質(zhì)熱分解氣相產(chǎn)物的組成，因而越來(lái)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(lái)，TG-FTIR技術(shù)也逐漸應(yīng)用于國(guó)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(lèi)對(duì)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(guò)程，在線連續(xù)檢測(cè)熱解過(guò)程中析出產(chǎn)物的種類(lèi)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(guò)渡金屬對(duì)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(duì)TG法熱解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行FTIR實(shí)時(shí)跟蹤分析，沒(méi)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(shí)別表征。陳玲紅等在對(duì)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(duì)熱重－紅外聯(lián)用過(guò)程中氣體傳輸滯后、擴(kuò)散逆混合等質(zhì)量轉(zhuǎn)移問(wèn)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(jiǎn)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(cè)試技術(shù)，用于測(cè)定樣品在程序控制溫度下產(chǎn)生的質(zhì)量變化及分解過(guò)程產(chǎn)生氣體的化學(xué)成分。丁超等對(duì)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(guò)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(guò)程中質(zhì)量的變化。對(duì)藥物熱降解和熱氧降解過(guò)程來(lái)說(shuō)它能準(zhǔn)確地測(cè)出降解過(guò)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(cè)定出是哪一部分組成物。而紅外分析是測(cè)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(guò)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(zhǎng)處。林木良通過(guò)對(duì)藥物氯甲雙磷酸鈉的熱氧降解過(guò)程的研究證明，該方法的確是研究藥物熱氧降解過(guò)程的好方法。

通過(guò)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(duì)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(guò)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?，在不同升溫速率條件下的熱失重行為，并分析了稻殼熱解過(guò)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(duì)稻殼的熱解過(guò)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(duì)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(guó)波、王銳蘭采用TGA - FTIR技術(shù)，對(duì)并用膠NR/SBR、NBR/ SBR、IIR/ SBR、NBR/ FPM、EPDM/MVQ 進(jìn)行成分分析。通過(guò)對(duì)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(duì)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(guò)TG-FTIR聯(lián)用分析儀，選取醫(yī)療垃圾中代表高分子類(lèi)的聚丙烯, 膠手套, 代表纖維素類(lèi)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(lèi)別組分和相同類(lèi)別的各組分之間的混合特性及相互影響通過(guò)實(shí)驗(yàn), 進(jìn)一步采用微分法和積分法對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)應(yīng)的析出氣體產(chǎn)物組成。

三 結(jié)論   

  通過(guò)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(duì)象也越來(lái)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(cè)試樣的組成，尤其是對(duì)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(cè)試條件對(duì)TGA - FTIR 聯(lián)用測(cè)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。