一文厘清 TGA 与 DSC 差异，搞定材料热性能表征

牛亚伟 2026-07-17

本文系统对比两种最常用的热分析方法：热重分析法（TGA）与差示扫描量热法（DSC）。

热分析技术是材料表征的重要手段。本文系统对比两种最常用的热分析方法——热重分析法（TGA）与差示扫描量热法（DSC），涵盖测试原理、样品要求、操作要点、数据分析及核心差异。两种技术互为补充，共同揭示材料的热行为全貌。

测试原理

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样品基本要求

热重分析法（TGA）与差示扫描量热法（DSC）对测试样品存在统一的适用限制。对于测试过程中易发生剧烈分解、产生爆炸风险或会腐蚀仪器坩埚的样品，需提前开展安全性评估，谨慎开展测试实验。同时，常规固体样品测试前均建议进行干燥预处理，有效去除样品中的游离水分，规避水分挥发对测试基线及实验信号造成的干扰，保障测试数据的准确性与稳定性。

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操作要点及注意事项

升温区间设置

热重分析法（TGA）

通用区间：室温至800 ℃
高耐热材料（无机、金属、陶瓷）：可升温至900–1000 ℃，该区间可完整覆盖绝大多数材料的热分解与炭化过程

差示扫描量热法（DSC）

结合仪器上限（通常400 ℃），依据材料类型设置：
生物质、糖类、纤维素、天然高分子，室温至200–250 ℃（最高不超过280 ℃）
通用塑料、聚酯类高分子，室温至250–300 ℃
环氧树脂、耐热树脂材料，室温至300–320 ℃
高耐热无机材料、金属相变材料室温至400 ℃
注意：有机高分子材料温度不宜超过300 ℃，高温易引发样品热降解，造成基线紊乱、数据失真。

测试气氛设置

热重分析法（TGA）

氮气：惰性氛围，用于测试热分解特性、热稳定性及残炭率
空气/氧气：用于测试热氧化稳定性与氧化降解行为

差示扫描量热法（DSC）

常规测试：高纯氮气，隔绝空气氧化带来的放热干扰，保证相变信号纯净
特殊测试：针对性研究材料氧化交联行为时，可使用空气氛围

升温程序选择

热重分析法（TGA）

仅采用单次升温程序。
原因：材料热分解、失重、炭化均为不可逆过程，二次升温无测试意义。

差示扫描量热法（DSC）

测试程序根据实验目的灵活选择，行业通用规范如下：

测定材料本征Tg、多组样品横向对比。建议二次升温，消除吸水、残留溶剂、成型内应力及热历史，二次升温曲线为最终分析依据。

测试初次结晶、初次熔融、原位固化交联、初始热诱导相变，单次升温即可。针对不可逆热行为过程。

数据分析要点

TGA与DTG数据分析要点

1、起始分解温度：评价材料的基础耐热性能与热稳定阈值。

2、DTG峰值温度：确定材料最大热分解速率对应的特征温度。

3、失重台阶数量与区间：区分体系内不同组分的热解阶段，初步判定组分差异。

4、失重比例：定量分析材料改性前后的热解程度与结构变化。

5、高温残炭率：评价材料的炭化能力与耐热、阻燃性能。

6、 DTG峰形宽窄：判断材料结构均一性——峰形越窄，热分解过程越集中，材料均一性越好。

DSC数据分析要点

1、玻璃化转变温度（Tg）：统一选取转变台阶中点温度

Tg升高 → 分子链刚性、交联度、分子间作用力增强
Tg降低 → 分子链柔性提升、结构束缚减弱

2、热行为类型识别：

吸热过程：熔融、小分子挥发、玻璃化转变
放热过程：结晶、交联固化、氧化反应

3、结晶度计算：通过熔融焓、结晶焓数值定量计算，评价材料相变程度
4、基线与峰形判断：

基线漂移 → 多由水分、小分子挥发、轻微热降解或坩埚密封不良导致
峰形宽化 → 材料组分不均一、分子量分布较宽

TGA与DSC核心差异总结

1、检测信号不同：TGA检测样品质量变化，聚焦材料热分解与热稳定性能；DSC检测热流差值，聚焦材料相变、链段运动与热行为变化；

2、升温程序不同：TGA固定单次升温；DSC可根据测试需求选择单次或二次升温；

3、测试上限不同：TGA可设置高温区间适配耐热材料；DSC需规避高温降解，有机材料无需测试至仪器400 ℃上限；

4、分析维度不同：TGA侧重宏观失重、组分、残炭分析；DSC侧重微观分子链运动、作用力与相变行为分析。

CONCLUSION

总结

TGA与DSC是热分析领域的两大核心工具，二者不可相互替代：

TGA回答“样品质量怎么变”——看分解、看残炭、看组分
DSC回答“样品能量怎么变”——看相变、看Tg、看分子链运动

在实际科研工作中，建议两项测试联合使用，才能全面评价材料的热性能。

内容来源：网络

责任编辑：展源

审　　核：何发

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