在分析測試領(lǐng)域，有時(shí)只使用一種測試技術(shù)進(jìn)行測試，不足以獲得良好的測試結(jié)果，所以測試者們嘗試使用兩種或兩種以上的測試方法對樣品進(jìn)行共同測試，以便取得更準(zhǔn)確的測試結(jié)果。將兩種或多種的技術(shù)方法結(jié)合起來，我們稱為聯(lián)用。

熱重分析與紅外光譜（TG-FTIR）聯(lián)用

熱重分析(TGA)是一種在溫度和特定氣候下，樣本質(zhì)量與溫度或時(shí)間之間關(guān)系的技術(shù)。然而，TGA本身不是一種識別技術(shù)，我們很難確定在熱重試驗(yàn)中釋放的氣體產(chǎn)物的性質(zhì)。

紅外光譜（FTIR）是研究分子結(jié)構(gòu)的有效方法，其原理是通過物質(zhì)分子振動-轉(zhuǎn)動能量躍遷引起的紅外特征吸收轉(zhuǎn)化成光譜。與其他表征測試方法相比，具有操作過程簡單和測試樣本限制較少的優(yōu)勢。如今紅外光譜已成為公認(rèn)的分析工具，廣泛應(yīng)用于對結(jié)構(gòu)化學(xué)、材料化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域的分析測量。

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使紅外光譜超越了簡單的樣品測試階段以及推斷分子結(jié)構(gòu)階段。傅里葉紅外光譜技術(shù)固體原位反應(yīng)技術(shù)、快速熱裂反應(yīng)技術(shù)和熱分析技術(shù)聯(lián)用，可分別對有機(jī)化合物受熱分解過程中凝聚相中間產(chǎn)物，*終產(chǎn)物和氣相產(chǎn)物進(jìn)行監(jiān)測追蹤，及其生成的相應(yīng)溫度范圍和溫度點(diǎn)，可以得出試驗(yàn)材料的熱解詳細(xì)過程和準(zhǔn)確的熱解產(chǎn)物報(bào)告，有助于研究材料的熱解機(jī)制和確定熱解過程的基本反應(yīng)。

由于TG分析法只能提供高溫分解溫度、熱失重分?jǐn)?shù)，而揮發(fā)性氣體成分無法定性。因此，熱重分析(TGA)與傅里葉變換的紅外光譜儀(FT-IR)相結(jié)合，無疑會為研究材料熱解過程提供更**、更有效的定量和定性分析工具。將熱重分析與傅里葉變換的紅外線分光儀相結(jié)合的儀器是稱作熱重紅外聯(lián)用儀（TG-IR）。

圖1 INVENIO FT-IR光譜儀和NETZSCH熱分析儀聯(lián)用

熱重-紅外聯(lián)用儀的工作原理：

TG-FTIR通過掃氣(通常為氮或空氣)將熱失重進(jìn)程中產(chǎn)生的揮發(fā)分或分解產(chǎn)物，通過恒定溫度(通常為200至250℃)金屬管道和玻璃氣體池，經(jīng)這個(gè)特殊的連接裝置,將揮發(fā)分解產(chǎn)物引入紅外光路中，通過紅外檢測，分析散逸氣體成分結(jié)構(gòu)。

圖2 熱重紅外聯(lián)用儀的結(jié)構(gòu)示意圖

TG-FTIR的具體應(yīng)用案例

在web of science的數(shù)據(jù)庫中我們發(fā)現(xiàn)，近兩年來，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、四川大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、青島科技大學(xué)、中北大學(xué)等幾十所高校的學(xué)者們都有使用到TG-FTIR測試，且應(yīng)用范圍也比較廣泛，尤其是在高分子材料應(yīng)用領(lǐng)域。曾有研究人員使用熱重-單滴微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)和傅里葉變換紅外光譜分析了咖啡酸在氮?dú)夥諊碌臒峤庑袨?，并使用FTIR研究了咖啡酸在各失重點(diǎn)固體剩余物特征官能團(tuán)的變化情況（圖3和圖4）。

圖3 咖啡酸熱解的熱重分析(TG)、微商熱重(DTG)、差熱(DTA)曲線

實(shí)驗(yàn)表明，咖啡酸熱失重主要是因?yàn)樵?/span>240～360℃有大量的鄰苯二酚產(chǎn)生，而在200～220℃有4-乙基鄰苯二酚熱解產(chǎn)生。另外，在230℃下咖啡酸已裂解完全。將腐植酸(HA)羥甲基化后與脲醛樹脂(UF)以1∶4質(zhì)量比混合，制得腐植酸-脲醛樹脂(HUF)。TG-IR顯示HUF與UF的紅外曲線基本相同，但前者的IR特征峰強(qiáng)度偏強(qiáng)，且TG峰向高溫區(qū)移動，這說明HUF耐熱性增強(qiáng)但原有結(jié)構(gòu)并無較大變化。而且HUF價(jià)格低廉且環(huán)保，具有良好的市場競爭力。

圖4 不同溫度段逸出組分的總離子流色譜圖

TG-IR技術(shù)還適用于所有領(lǐng)域，如稻殼、植物纖維、垃圾燃料和醫(yī)療藥品熱分析研究。姚通林等在研究稻殼的熱分解時(shí)觀察到，升溫速度對稻殼的熱分解影響不大，升溫速度越慢，熱分解越充分，揮發(fā)越多，熱分解產(chǎn)生的殘留物越少。

比如說，對處于N₂和CO₂背景下谷殼做熱解反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明，主要失重階段高溫220~600℃，熱解特性相似；800℃，熱重曲線差異較大。主要?dú)怏w產(chǎn)物在240~600℃析出,有H2O、CO、CH4、CxHy(x<1)和有機(jī)碳水化合物。由于谷殼氣化過程中會發(fā)生二氧化碳重整甲烷反應(yīng)，所以H2O和CO₂峰會是雙峰。

總結(jié)

TGA - FTIR聯(lián)用技術(shù)因其結(jié)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)逸出氣體成分推測試樣的組成，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。