在分析測試領(lǐng)域，有時只使用一種測試技術(shù)進行測試，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行共同測試，以便取得更準確的測試結(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)物進行監(jiān)測追蹤，及其生成的相應(yīng)溫度范圍和溫度點，可以得出試驗材料的熱解詳細過程和準確的熱解產(chǎn)物報告，有助于研究材料的熱解機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、熱失重分數(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氣氛圍下的熱解行為，并使用FTIR研究了咖啡酸在各失重點固體剩余物特征官能團的變化情況（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

實驗表明，咖啡酸熱失重主要是因為在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特征峰強度偏強，且TG峰向高溫區(qū)移動，這說明HUF耐熱性增強但原有結(jié)構(gòu)并無較大變化。而且HUF價格低廉且環(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)，實驗表明，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。主要氣體產(chǎn)物在240~600℃析出,有H2O、CO、CH4、CxHy(x<1)和有機碳水化合物。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)點而受到更多人的關(guān)注；同時這一分析手段也日趨成熟并且被廣泛應(yīng)用于各個領(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)及分解機理，進而推斷出有效逸出氣的作用機理，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)注意試驗條件的優(yōu)化，以避免導(dǎo)致錯誤的判斷。