热分析测试中所用载气的分类及常用载气流速

一、热分析测试中所用载气的分类

在热分析测试中，必需使用载气，即定义测试池内的气氛。大多数情况下，是通过采用特定流速的气体吹扫测试池来实现的。气氛可以分为惰性气体、反应性气体和腐蚀性气体三类。

Ÿ 惰性气体：与样品和坩埚均无反应；

Ÿ 反应性气体：与样品会发生化学反应；

Ÿ 腐蚀性气体：与样品会发生化学反应，与坩埚或测试池部件有反应风险，例如HCl、Cl₂、SO₂，测试池可能受损。

大多数热分析测试是在常压（即大气压）下进行的。气密的测试池可在减压（部分真空）下或在过压下进行操作，例如高压DSC和高压TGA。

对于具体的载气，究竟属于哪个种类，与样品及坩埚和测试池部件材料有关。下面逐一加以简要说明。

1. 空气：是常用载气，可使用耐压钢瓶“人造”空气，几乎不含水分和二氧化碳；也可用水族潜水泵通过流量计来使用环境空气，但空气中显然含有一定量水分。有时使用静止空气，即静态环境空气。空气常用于仪器的温度和热量等校准。空气的主要成分是氮气，所以它的物理性能与氮气十分相似。取决于不同样品，空气可以是惰性的，也可能是反应性的（氧化作用）。温度高至300°C范围内，空气对于大部分无机样品是惰性的，例如铟的熔融和硫酸钙的脱水。对于聚乙烯塑料这样的材料空气是反应性的。此外，锡和锌等金属在空气中熔融时会发生氧化，导致重复测试的DSC熔融峰发生显著变化。

2. 氧气：用于氧化和燃烧行为的测定。通常对氧的纯度要求并不高，最便宜的氧气就适合于OIT（氧化诱导时间）的测试。

3. 氮气：用于无氧（实际上是低氧）条件下的测试。纯度要求：含氧量不高于10ppm。氮气是最常用的“惰性气体”。不过在高温下，氮气对某些金属不是惰性的，会生成氮化物。

4. 氩气：为卓越的惰性气体。如果对一氧化碳感兴趣，应在TGA-MS联用测试中使用氩气；氮气不合适，因为它与一氧化碳的摩尔质量相同(28g/mol)。

5. 氦气：比上述气体的导热性要好得多。可作为优良导热介质用于TMA测试，也可用于DSC测试以降低信号时间常数。氦气也是一种理想的无凝结倾向的气体，即使温度低至–180°C，因而常用于低温测试。它的高热导率使其难以达到1300°C以上。

6. 二氧化碳：可用于羧化反应。

7. 一氧化碳：不仅可燃而且有毒，吹扫气体（作为试样的分解产物）必须用冷阱捕集或专门过滤除去。它的爆炸危险性，参见氢气。

8. 惰性化氢气：是（例如与氩气）稀释到不能与空气形成爆炸物的氢气。可从供应商处购买混合有4%氢气的氩气压缩气体，它的爆炸危险性最小。不要在测试时通过混合两种气体来即时获得氩气-氢气混合气。应用：还原气氛中的反应。

9. 纯氢气：十分危险。与空气混合时，在很宽的浓度范围内会形成爆炸混合物。只有有处理可燃气体经验的专业人员才应该可以使用氢气来测试。对使用其它可燃和有毒气体也是如此，例如CH₄、CO、NH₃、H₂S、SO₂。

热分析测试曲线受气体类型、压力和测试池内气体流速的影响。

二、热分析测试中通常采用的载气流速

典型的载气流速在20至100mL/min之间。流速当然须测量，可用旋转式气体流量计或电子质量流量计测量，以保证吹扫气体流动和防止过大的气流吹走试样。只要流速恒定，20至100mL/min之间的流速不会影响测试。波动的流速会影响和干扰热重测试。例如，压力在最大最小值间缓慢振荡的减压阀会在TGA曲线上产生正弦形假象。因此，所用的减压阀必须无振荡倾向。