高纯度氮气起着关键的隔离屏障作用。 在热重分析仪 (TGA) 中，它的主要作用是从炉膛中清除大气中的空气，建立一个稳定、惰性且无氧的环境。这有效地防止艾绒在加热过程中发生氧化或燃烧（燃烧），从而确保观察到的变化仅仅是由于热降解。
通过消除氧气，高纯度氮气迫使材料发生热解而不是燃烧。这使得研究人员能够在没有燃烧的化学干扰的情况下，测量艾绒固有的热稳定性和动力学特性。
惰性气氛的机理
防止氧化和燃烧
在高温下存在氧气会立即引发像艾绒这样的生物质材料的燃烧。
高纯度氮气置换炉内的空气，创造一个缺氧环境。
这确保了 TGA 观察到的质量损失不是由样品燃烧引起的，而是由材料内部分解引起的。
确保纯热解
当在没有氧气的情况下加热时，这个过程称为热解。
在这种状态下，艾绒的复杂有机结构——特别是纤维素、半纤维素和木质素——通过脱水和脱羧分解。
这会导致挥发物的释放和富碳生物炭的形成，而不是简单的灰分。
为什么“高纯度”对数据准确性很重要
隔离热稳定性
研究的目的是确定艾绒成分的热稳定性。
如果存在杂质或痕量氧气，它们会与样品发生反应，改变降解发生的温度点。
严格的惰性环境保证了数据反映了材料的物理极限，而不是其易燃性。
计算动力学参数
TGA 通常用于计算反应动力学，例如活化能。
这些计算依赖于从特定分解阶段（水分蒸发、挥发物释放、炭形成）得出的精确质量损失曲线。
氧化反应会释放热量（放热）并不可预测地改变质量，这将使这些动力学计算无效。
理解权衡
“真实世界”模拟的局限性
虽然氮气提供了分析精度，但它创造了一个人造环境。
如果你的目标是了解艾绒在实际使用中（燃烧艾灸疗法）的行为，氮气气氛将无法复制明火中的燃烧特性。
氮气研究揭示了潜在的能量和结构稳定性，而不是操作性的燃烧行为。
对泄漏的敏感性
依赖高纯度惰性气体使得实验对系统完整性高度敏感。
即使管式炉或燃气管线存在微小的泄漏，也可能引入痕量氧气。
这种“污染”会导致部分氧化，从而产生混合数据，既不是纯热解也不是完全燃烧，从而有效地破坏了实验的有效性。
为您的目标做出正确的选择
气氛的选择决定了您将从 TGA 获得哪种类型的化学数据。
- 如果您的主要重点是结构分析：使用高纯度氮气将材料分解为其基本碳成分并确定活化能。
- 如果您的主要重点是燃烧行为：使用空气或氧气来观察与实际燃烧相关的点火温度、燃烧速率和灰分含量。
最终，引入高纯度氮气将实验从简单的燃烧测试转变为对材料分子键强度的精确解剖。
总结表：
| 特征 | 高纯度氮气气氛 | 空气/氧气气氛 |
|---|---|---|
| 主要过程 | 纯热解（热降解） | 氧化与燃烧 |
| 化学环境 | 惰性与无氧（无氧） | 反应性与有氧 |
| 主要输出 | 生物炭和挥发物释放 | 灰分和热量释放 |
| 分析目标 | 动力学参数与活化能 | 点火温度与燃烧速率 |
| 材料变化 | 脱水与脱羧 | 快速放热反应 |
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