差示掃描量熱發(fā)法

1、LOGO差示掃描量熱分析差示掃描量熱分析 DSC (Differential Scanning Calorimetry)110314102 金陽陽YOUR SITE HERE什么是熱分析？什么是熱分析？物質DSCDTADTGTGTMADMAEGA熱量變化質量變化長度變化粘彈性氣體產(chǎn)生電阻變化熱傳導 加熱冷卻在程序控制的溫度條件下，測量物質的物理化學性質與時間關系的技術YOUR SITE HERE目錄目錄1. 概述概述2. 基本原理和基本曲線基本原理和基本曲線3. 實驗技術實驗技術4. 主要應用主要應用YOUR SITE HERE 概述概述u1964年美國瓦特遜（Watson）和奧尼爾（ONei

2、ll）在DTA技術的基礎上發(fā)明了差示掃描量熱法（DSC），美國PE公司最先生產(chǎn)了差示掃描量熱儀，為熱分析熱量的定量作出了貢獻。u差示掃描量熱法(DSC)是在相同的溫度環(huán)境中，按一定的升溫或降溫速度對樣品和參比物進行加熱或冷卻，記錄樣品及參比物之間在T = 0時所需的能量差H與時間或溫度的變化關系的方法。本法不但能用于定性，而且能用于定量。操作方法與DTA相似，獲得的能量差一時間(或溫度)曲線稱差示掃描量熱曲線(DSC曲線)。u參比物（或基準物，中性體）：在測量溫度范圍內不發(fā)生任何熱效應的物質，如Al2O3、MgO等。dtdHdtdQdtdQPrs=f (T或t)用數(shù)學式表示為YOUR SITE

3、 HERE概述概述u差示在特定的氣體環(huán)境下測量樣品與參比的溫差T與時間的關系u掃描在程序控溫度范圍內連續(xù)測量u量熱樣品熱量的變化與溫差T成正比，結果信號以毫瓦（mW)形式輸出YOUR SITE HERE差示掃描量熱儀的基本結構基本原理基本原理參比參比樣品樣品樣品樣品參比物參比物能量差能量差溫度溫度程序控溫程序控溫樣品室的內部結構樣品室的內部結構YOUR SITE HERE基本原理基本原理差示掃描量熱儀方塊原理圖差示掃描量熱儀方塊原理圖YOUR SITE HERE 基本原理基本原理如上圖所示： 差示掃描量熱法是直接測定樣品加熱過程的焓變。測定時把樣品和參比物放置在相互絕緣但相同的熱條件下，按給定

4、的程序升降溫，并始終保持樣品和參比物的溫差等于零。當樣品中發(fā)生有熱效應變化時，由裝在樣品和參比物底部的微加熱器提供能量，維持二者的溫度相同，微加熱器所提供的能量由轉換器轉化為電信號后作為DSC曲線記錄下來。 而DSC又可分為功率補償型DSC和熱流型DSC兩大類。YOUR SITE HEREu功率補償型功率補償型(Power Compensation)(Power Compensation) 功率補償型的DSC是內加熱式，裝樣品和參比物的支持器是各自獨立的元件，在樣品和參比物的底部各有一個加熱用的鉑熱電阻和一個測溫用的鉑傳感器。它是采用動態(tài)零位平衡原理，即要求樣品與參比物溫度，無論樣品吸熱還是放

5、熱時都要維持動態(tài)零位平衡狀態(tài)，也就是要保持樣品和參比物溫度差趨向于零。DSC測定的是維持樣品和參比物處于相同溫度所需要的能量差（W=dH/dt），反映了樣品焓的變化。 在樣品和參比物始終保持相同溫度的條件下，測定滿足此條件樣品和參比品兩端所需的能量差，并直接作為信號Q（熱量差）輸出。基本原理基本原理YOUR SITE HEREv 功率補償型功率補償型DSCDSC儀器的儀器的主主要特點：要特點： 1.試樣和參比物分別具有獨立的加熱器和傳感器。整個儀器由兩套控制電路進行監(jiān)控。一套控制溫度，使試樣和參比物以預定的速率升溫，另一套用來補償二者之間的溫度差。 2.無論試樣產(chǎn)生任何熱效應，試樣和參比物都處

6、于動態(tài)零位平衡狀態(tài)，即二者之間的溫度差T等于0。 這是DSC和DTA技術最本質的區(qū)別?；驹砘驹鞾OUR SITE HERE基本原理基本原理u熱流型熱流型(Heat Flux)(Heat Flux) 熱流型DSC是外加熱式，采取外加熱的方式使均溫塊受熱然后通過空氣和康銅做的熱墊片兩個途徑把熱傳遞給試樣杯和參比杯，試樣杯的溫度有鎳鉻絲和鎳鋁絲組成的高靈敏度熱電偶檢測，參比杯的溫度由鎳鉻絲和康銅組成的熱電偶加以檢測。由此可知，檢測的是溫差T，它是試樣熱量變化的反映。 在給予樣品和參比物相同的功率下，測定樣品和參比物兩端的溫差T，然后根據(jù)熱流方程，將T（溫差）換算成Q（熱量差）作為信號的輸出。

7、YOUR SITE HERE基本原理基本原理v 熱流型熱流型DSCDSC儀器的儀器的主要特主要特點：點： 1.與DTA儀器十分相似，是一種定量的DTA儀器。 2.不同之處在于試樣與參比物托架下，置一電熱片，加熱器在程序控制下對加熱塊加熱，其熱量通過電熱片同時對試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。YOUR SITE HEREDSCDSC的外觀及內部的外觀及內部熱流型DSCYOUR SITE HEREDSCDSC的外觀及內部的外觀及內部功率補償型DSC上海CDR-34P型YOUR SITE HERE實驗室里的實驗室里的DSC 西安金鵬型材公司實驗室西安金鵬型材公司實驗室DSCYOUR SITE HER

8、EDSC曲線曲線典型的差示掃描量熱（DSC）曲線以熱流率（dH/dt）為縱坐標、以時間（t）或溫度（T）為橫坐標，即dH/dt-t（或T）曲線。曲線離開基線的位移即代表樣品吸熱或放熱的速率（mJs-1），而曲線中峰或谷包圍的面積即代表熱量的變化。因而差示掃描量熱法可以直接測量樣品在發(fā)生物理或化學變化時的熱效應YOUR SITE HEREDSC典型綜合譜圖典型綜合譜圖YOUR SITE HEREDSC實驗技術實驗技術1.試樣的制備試樣的制備u固態(tài)、液態(tài)、粘稠樣品都可以測定，氣體除外。測定前需充分干燥。u裝樣：盡量使樣品薄而勻地平鋪與坩堝底部，以減少試樣與器皿間的熱阻。u坩堝：高聚物一般使用鋁坩堝

9、，使用溫度低于500，u參比物：必須具有熱惰性，熱容量和導熱率應和樣品匹配。一般為AlAl2 2O O3 3，樣品量少時可放一空坩堝。YOUR SITE HEREDSC實驗技術實驗技術2.主要影響因數(shù)主要影響因數(shù)樣品量：樣品量： 升溫速率：升溫速率：氣氛：氣氛：氣流氣流: :5-10mg N2 20-50mL/min520/min升溫速率對峰位置的影響升溫速率對峰位置的影響T吸熱吸熱20/min5/min-分辨率低分辨率低-靈敏度低靈敏度低升溫速率越升溫速率越快，分辨率快，分辨率下降，溫度下降，溫度滯后。滯后。 10mg2.5mg樣品量對峰位置的影樣品量對峰位置的影響響同類樣品相同類樣品相比，

10、采用相比，采用相同的量。同的量。YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的應用在聚合物研究的應用YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的應用在聚合物研究的應用1.1.用用DSCDSC曲線確定加工條件曲線確定加工條件用用DSC圖確定聚酯薄膜的加工條件圖確定聚酯薄膜的加工條件薄膜的拉伸加工條件：薄膜的拉伸加工條件：拉伸溫度必須選擇在拉伸溫度必須選擇在Tg以以上和冷結晶開始的溫度（上和冷結晶開始的溫度（117）以下的溫度區(qū)間）以下的溫度區(qū)間內，以免發(fā)生結晶而影響內，以免發(fā)生結晶而影響拉伸。拉伸。拉伸熱定型溫度則一定要拉伸熱定型溫度則一定要高于冷結晶結束的溫度（高于冷結晶結束的溫度（15

11、2）使之冷結晶完全）使之冷結晶完全，但又不能太接近熔點，但又不能太接近熔點，以免結晶熔融。這樣就能以免結晶熔融。這樣就能獲得性能好的薄膜。獲得性能好的薄膜。YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的應用在聚合物研究的應用2.玻璃化轉變溫度玻璃化轉變溫度Tg的測定的測定無定形高聚物或結晶高聚物無定形部分在升溫達到它們的玻璃化轉變時，被凍結的分子微布朗運動開始，因而熱容變大，用DSC可測定出其熱容隨溫度的變化而改變。1)取基線及曲線彎曲部的外延線的交點取基線及曲線彎曲部的外延線的交點2)取曲線的拐點取曲線的拐點 YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的應用在聚合物研究的應用3.混合物和共聚物的成分檢測脆性的聚丙烯往往與聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。脆性的聚丙烯往往與聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。因為在聚丙烯和聚乙烯共混物中它們各自保持本身的熔因為在聚丙烯和聚乙烯共混