热重分析仪或热重分析( TGA ) 是一种热分析方法，其中随着温度的变化，随时间测量样品的质量。该测量提供有关物理现象的信息，例如相变、吸收、吸附和解吸；以及化学现象，包括化学吸附、热分解和固气反应（例如，氧化或还原）热重分析 (TGA) 在称为热重分析仪的仪器上进行。热重分析仪在样品温度随时间变化的同时连续测量质量。质量、温度和时间被视为热重分析中的基本测量值，而许多其他测量值可能来自这三个基本测量值。典型的热重分析仪由精密天平和位于具有可编程控制温度的炉内的样品盘组成。温度通常以恒定速率升高（或对于某些应用，温度被控制以保持恒定的质量损失）以引起热反应。热反应可在多种气氛下发生，包括：环境空气、真空、惰性气体、氧化/还原气体、腐蚀性气体、渗碳气体、液体蒸气或“自生气氛”；以及各种压力，包括：高真空、高压、恒压或受控压力。从热反应收集的热重数据被编译成 y 轴上的质量或初始质量百分比对 x 轴上的温度或时间的图。该图通常被平滑，称为 TGA曲线。可以绘制 TGA 曲线（DTG 曲线）的一阶导数以确定对深入解释和差热分析有用的拐点。通过分析特征分解模式，TGA 可用于材料表征。它是研究聚合材料特别有用的技术，包括热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、复合材料、塑料薄膜、纤维、涂料、 油漆和燃料。

TGA 的类型
热重分析法分为三种类型：
等温或静态热重法：在这种技术中，样品重量被记录为恒温下的时间函数。
准静态热重法：在这种技术中，样品温度按等温间隔分开的连续步骤升高，在此期间样品质量在下一个温度斜坡开始之前达到稳定。
动态热重分析：在该技术中，样品在温度呈线性变化的环境中加热。

热稳定性
TGA 可用于评估材料的热稳定性。在所需的温度范围内，如果物质是热稳定的，则不会观察到质量变化。可忽略的质量损失对应于 TGA 迹线中的斜率很小或没有斜率。TGA 还给出了材料的上限使用温度。超过这个温度，材料将开始降解。
TGA 用于分析聚合物。聚合物在分解之前通常会熔化，因此 TGA 主要用于研究聚合物的热稳定性。大多数聚合物在 200 °C 之前熔化或降解。然而，有一类热稳定聚合物能够承受空气中至少 300°C 和惰性气体中 500°C 的温度而不会发生结构变化或强度损失，这可以通过 TGA 进行分析。
氧化和燃烧
最简单的材料表征是反应后剩余的残留物。例如，可以通过在正常条件下将样品装入热重分析仪来测试燃烧反应。热重分析仪会通过将样品加热到其点火温度以上，从而在样品中引起离子燃烧。用 y 轴作为初始质量的百分比绘制的所得 TGA 曲线将显示曲线终点处的残留物。
氧化质量损失是 TGA 中最常见的可观察损失。
研究铜合金的抗氧化性非常重要。例如，NASA（美国国家航空航天局）正在对先进的铜合金进行研究，以期将其用于内燃机。然而，这些合金中会发生氧化降解，因为在富含氧气的气氛中会形成氧化铜。抗氧化性非常重要，因为 NASA 希望能够重复使用航天飞机材料。TGA 可用于研究这些材料的静态氧化以供实际使用。
TG 分析过程中的燃烧可通过产生的 TGA 热谱图中的不同痕迹进行识别。一个有趣的例子发生在具有大量金属催化剂的未纯化碳纳米管样品上展示。由于燃烧，TGA 迹线可能会偏离正常函数的正常形式。这种现象源于快速的温度变化。当绘制重量和温度与时间的关系图时，一阶导数图中的急剧斜率变化与样品的质量损失和热电偶看到的温度突然升高同时发生。质量损失可能是由于材料本身的不一致性引起的燃烧释放的烟雾颗粒的结果，超出了由于重量损失控制不善导致的碳氧化。
同一样品不同点的不同重量损失也可以作为样品各向异性的诊断。例如，对内部有分散颗粒的样品的顶面和底面进行取样可用于检测沉淀，因为热谱图不会重叠，但如果颗粒分布从一侧到另一侧不同，它们之间会显示间隙。
热重动力学
可以探索热重动力学以深入了解不同材料的热解和燃烧过程中涉及的热（催化或非催化）分解的反应机制。
可以使用 Kissinger 方法计算分解过程的活化能。

虽然恒定的加热速率更为常见，但恒定的质量损失速率可以阐明特定的反应动力学。例如，聚乙烯醇缩丁醛碳化的动力学参数是使用 0.2 wt%/min 的恒定质量损失率找到的。

热重分析仪与其他仪器结合使用

热重分析通常与其他过程结合使用或与其他分析方法结合使用。
例如，TGA 仪器在加热至高达 2000 °C 的温度时连续称量样品，以与傅里叶变换红外光谱(FTIR) 和质谱气体分析相结合。随着温度的升高，样品的各种成分会分解，并且可以测量每次产生的质量变化的重量百分比。
热重分析和差热分析技术的比较：

	热重分析 (TGA)	差热分析 (DTA)
1	在 TGA 中，重量损失或增加是作为温度或时间的函数来测量的。	在 DTA 中，样品和参考之间的温差作为温度的函数进行测量。
2	TGA 曲线显示为涉及水平和弯曲部分的阶梯。	DTA 曲线显示向上和向下的峰值。
3	TGA 中使用的仪器是热天平。	DTA中使用的仪器是DTA设备。
4	TGA 仅提供在加热或冷却时质量发生变化的物质的信息。	DTA 不需要改变样品的质量来获得有意义的信息。DTA 可用于研究任何吸收或释放热量的过程。
5	用于 TGA 的上限温度通常为 1000 °C。	用于 DTA 的上限温度通常高于 TGA（高达 1600 °C）。
6	通过测量质量损失从热曲线进行定量分析	定量分析是通过测量峰面积和峰高来完成的。
7	在 TGA 中获得的数据可用于确定材料的纯度和组成、材料的干燥和着火温度以及了解化合物的稳定温度。	在 DTA 中获得的数据用于确定物质的转变温度、反应温度和熔点。