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官人代发：热分析/红外光谱（TG/IR）联用的数据分析方法

牛牛0322

2019/10/17

作者：丁延伟，中国科学技术大学理化科学实验中心副主任。
众所周知，通过热分析/红外光谱联用技术，在得到样品在温度变化过程中质量或热效应的信息的同时还可以得到逸出气体的官能团随温度变化的信息。此处所指的热分析部分主要指热重法（TG）、热重-差热分析（TG-DTA）和热重-差示扫描量热法（DSC），这部分的数据分析将在之后的相关文章中进行介绍，限于篇幅本部分不做进一步展开。在许多专著和教材中，对于红外光谱的理论、实验及数据分析已有更为详尽的介绍，本文中对于这些内容也不做过多的介绍。本文中重点介绍由热分析/红外光谱联用技术得到的数据分析方法，为了叙述方便，将重点介绍由热重/红外光谱（TG/IR）联用实验所得到的数据分析过程。
概括来说，由TG/IR可以得到样品在不同温度或时间下得到的所有红外光谱的三维图（通常称为逸出气体光谱图，简称EGS），还可以得到逸出气体剖面图（即在实验期间得到的由样品释放出的气体总量为时间或温度的函数曲线，通常通过应用Gram-Schmidt重建算法根据记录得到的红外光谱数据计算出来的剖面图，简称EGP)、官能团剖面图（即用来表示在热分析实验过程中释放的气体量中特定的化学官能团随测量时间或的变化关系，通常通过对实验过程中所选光谱区域上的红外光谱数据的吸光值积分来得到该剖面图，简称FGP）、特定气体剖面图（即当选定的光谱区域中含有特定气体（如氨或一氧化碳）时，由软件所得到的一种特殊类型的官能团剖面图，简称SGP）。在TG/IR分析中，通常需要得到EGS、EGP和FGP图。由于在之前的《热分析/红外光谱联用数据分析时三维图的作图方法》一文中已经介绍了EGS的作图法，因此在本部分内容中以美国Perkin-Elmer公司的TG/IR仪所附带的Timebase软件为例介绍EGP和FGP的分析方法。
首先，在Timebase软件中打开需要分析的数据的原始文件（图1）。

图1 打开原始文件
图1中左上部分的曲线为任一时刻得到的实时红外光谱谱图，右上部分蓝色的三维图为实验过程中不同时刻/温度下的所有的红外光谱图，下半部分即为EGP曲线。
EGP曲线的导出方法为：
（1）选中该文件（图2）；

图2 选中GS曲线
（2）选中File菜单下的Save As选项，会弹出图4所示的窗口，点击保存即得到Excel格式的GS曲线的数据文件（图4）。导出的文件在Origin、Excel等文件中可以直接作图。

图3
图4
（3）如需直接复制软件中的曲线图，点击Edit菜单下的Copy选项即可（图5）。

图5
下面介绍FGP曲线的得到方法。
用鼠标拖动GS曲线中的黑色竖线即可用来查看在不同时刻或温度下的红外光谱曲线（图6），此时可以看到图6中左上部分的红外光谱图在发生变化。在左上图中移动红色的竖线至感兴趣的官能团所对应的波数位置，例如CO₂的特征吸收位置2357cm^-1处，右击鼠标会弹出如图7所示的菜单，选中View Profile选项，即可得到该波数随时间或温度变化的FGP曲线，如图8中绿色曲线所示。该曲线在软件中的导出方法同EGP曲线。

图6

图7

图8
如需要导出不同时刻/温度下的实时红外光谱图，如图8中1499.1s处的红外光谱图，则需选中左上图下方的文件（图9），然后按照EGP曲线的导出方法即可得到该时刻的红外光谱图。

图9
另外，如需在软件中将EGP和FGP曲线的横坐标由时间转化为温度，则可以选中Process菜单中的Convert Time Axis选项（图10），弹出如图11所示的对话框。下方的选项为直接导入热重实验的文件的时间-温度曲线，上方的选项为定义两个指定的温度所对应的时间，由此会生成一个时间-温度的函数曲线，也可以在Excel文件中进行转换。

图10

图11

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