DSC 差示掃描量熱儀 培訓(xùn)

1、差示掃描量熱儀差示掃描量熱儀DSC（Differential Scanning Calorimetry）一一 介紹：介紹： 差示掃描量熱儀 (DSC)它是在程序溫度控制下測(cè)量物質(zhì)與參比物質(zhì)之間單位時(shí)間的能量差（或功率差）隨溫度變化的一種技術(shù)。該信息有助于我們識(shí)別材料的熱變化過(guò)程和最終使用性能。二：二：DSC 系統(tǒng)組件系統(tǒng)組件 一個(gè)多功能 DSC 系統(tǒng)具有三個(gè)主要組件：儀器本身，其中包括電子元件系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)熱流和溫度差異的爐子和制冷附件。制冷附件的選擇取決于試驗(yàn)期望的溫度范圍。爐子爐子制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)DSC 爐子 在“熱流型” DSC 中，密封在坩堝內(nèi)的樣品材料和空的參比坩堝位于爐子環(huán)繞的熱電圓盤(pán)

2、上。爐子溫度變化時(shí)，會(huì)將熱量通過(guò)熱電圓盤(pán)傳輸至樣品和參比坩堝。 而感應(yīng)器包括幾組熱感應(yīng)器。通過(guò)區(qū)域熱電偶可以測(cè)得樣品和參比坩堝的溫度，從而得出熱流差異 為了保持DSC具有可控制的降溫過(guò)程，每臺(tái)DSC基本都會(huì)配備一個(gè)降溫冷卻系統(tǒng)。而制冷附件的選擇取決于試驗(yàn)使用的溫度范圍。DSC一般配備的降溫系統(tǒng)有：制冷系統(tǒng)鰭形空氣制冷系統(tǒng)鰭形空氣制冷系統(tǒng) (FACS）機(jī)械制冷系統(tǒng)機(jī)械制冷系統(tǒng) (RCS)快速制冷裝置快速制冷裝置液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)鰭形空氣制冷系統(tǒng)鰭形空氣制冷系統(tǒng) (FACS) 鰭形空氣制冷系統(tǒng) FACS 允許使用流動(dòng)空氣作為制冷劑進(jìn)行從室溫至725C 的操作。鰭形空氣制冷系統(tǒng) (FACS

3、)機(jī)械制冷系統(tǒng) (RCS) 機(jī)械制冷系統(tǒng) (RCS) 可用于 DSC 實(shí)驗(yàn)中起冷卻作用，由一個(gè)以級(jí)聯(lián)方式運(yùn)轉(zhuǎn)的兩階段式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)與附加的制冷機(jī)頭構(gòu)成。制冷機(jī)頭安裝在 DSC 爐子之上。RCS 可以用于需要在 -90C 到 550C的操作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行制冷的實(shí)驗(yàn)，而制冷的最大速率取決于實(shí)驗(yàn)的溫度范圍。這也是我們實(shí)驗(yàn)室配備的制冷系統(tǒng)型號(hào)。 快速制冷裝置可在開(kāi)始加熱試驗(yàn)前快速冷卻 DSC 爐子至較低溫度。DSC 快速制冷裝置安裝在標(biāo)準(zhǔn) DSC 爐子之上，并具備一個(gè)槽，可將制冷劑放入其中以冷卻爐子。使用快速制冷裝置時(shí)的溫度為 -180 到 550C。實(shí)際范圍取決于制冷劑（冰和水、干冰或液態(tài)氮）。

4、 開(kāi)始加熱試驗(yàn)前，需要拆除快速制冷裝置，并將外殼蓋子放回原位。如果快速制冷裝置用于低于 -100C 的溫度，那么必須將氦氣用作凈化氣體?？焖僦评溲b置 LNCS（液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)）是用于 TA Instruments 分析儀的通用制冷附件?？稍?-180C 到 550C 之間自動(dòng)并持續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行控制。對(duì) LNCS 容罐進(jìn)行加壓以將液態(tài)氮傳遞至熱交換器，來(lái)冷卻爐子。液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)三 DSC基本原理 在程序溫度（線(xiàn)性升溫、降溫、恒溫及其組合等）過(guò)程中，當(dāng)樣品發(fā)生熱效應(yīng)時(shí)，在樣品端與參比端之間產(chǎn)生了熱流差，通過(guò)熱電偶對(duì)這一熱流差進(jìn)行測(cè)定，即可獲得如下類(lèi)型的圖譜： 圖中所示向下的為樣品的吸熱峰（較為典型的

5、吸熱效應(yīng)有熔融、解吸等），向上的為放熱峰（較為典型的放熱效應(yīng)有結(jié)晶、氧化、固化等），比熱變化則體現(xiàn)為基線(xiàn)高度的變化，即曲線(xiàn)上的臺(tái)階狀拐折（較為典型的比熱變化效應(yīng)為二級(jí)相變，包括玻璃化轉(zhuǎn)變、鐵磁性轉(zhuǎn)變等），如圖所示：向上放熱溫度四四 : 使用使用DSC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)啟動(dòng) DSC1.檢查氣路，打開(kāi)儀器所需氣體（N2、Air）。2.檢查 DSC 和控制器之間的所有連接。確保每個(gè)組件都插入到正確的接頭中。3. 將儀器電源開(kāi)關(guān)設(shè)置到“打開(kāi)” 位置。正確開(kāi)啟電源后，TA Instruments 徽標(biāo)將顯示在觸摸屏上，這表示儀器已經(jīng)可以開(kāi)始使用了。注意：允許 DSC 在執(zhí)行實(shí)驗(yàn)之前至少預(yù)熱 20 分鐘

6、。 根據(jù)需要連接并設(shè)置外部附件（例如，凈化氣體、制冷附件）。如果打算運(yùn)行低溫實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)正確安裝并打開(kāi)輔助制冷系統(tǒng)。注意：確保運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和校準(zhǔn)系統(tǒng)采用相同的氣體。 選擇并準(zhǔn)備樣品。包括準(zhǔn)備適當(dāng)大小和重量的樣品，選擇坩堝類(lèi)型和材料，并將樣品密封到坩堝中。 在制備DSC 樣品時(shí)應(yīng)注意如下要點(diǎn): 樣品重量應(yīng)保持在510mg。 將樣品切的薄一些，但不要擠壓樣品。如果是球型的樣品，從中間截取一段橫截面。 盡量使樣品平鋪在坩堝底部，更多的覆蓋坩堝。一旦準(zhǔn)備好樣品和坩堝并記錄了樣品信息，則可準(zhǔn)備將樣品坩堝放入 DSC 爐子中。按照以下說(shuō)明，將樣品坩堝裝入爐子中：1. 拆卸蓋子。請(qǐng)觸摸DSC 控制菜單觸摸屏上的 L

7、ID OPEN 鍵從爐子上升起蓋子。請(qǐng)參見(jiàn)右圖。注意： 絕對(duì)不要在爐子里使用易揮發(fā)、易分解的樣品。2. 小心地將樣品坩堝放在升起平臺(tái)的右前方，將參考坩堝放在平臺(tái)的左后方（如下圖所示）。居中坩堝可使結(jié)果更精確。3. 蓋上爐子。如果 DSC 配備有自動(dòng)加蓋裝置，請(qǐng)觸摸 DSC 控制菜單觸摸屏上的 LID DOWN 鍵為爐子加蓋。 通過(guò) TA 控制器輸入實(shí)驗(yàn)和過(guò)程信息，其中包括樣品信息和儀器信息。選擇儀器控制軟件上的“啟動(dòng)”、觸摸儀器觸摸屏上的 START 鍵（Q100 或 Q1000）或按下輔助鍵盤(pán)上的Start 鍵來(lái)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。當(dāng)啟動(dòng)儀器時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)直到完成。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)五：DSC操作

8、條件影響典型DSC轉(zhuǎn)變：1. 升溫速率的影響 升溫速率增加，單位時(shí)間產(chǎn)生的熱效應(yīng)大，產(chǎn)生的溫度差當(dāng)然也越大，峰就越高；由于升溫速率增大，熱慣性也越大，峰頂溫度也越高。另外，曲線(xiàn)形狀也有很大變化。 上圖為升溫速率對(duì)高嶺土脫水反應(yīng)DTA曲線(xiàn)的影響加熱速率對(duì)數(shù)據(jù)的影響：溫度熱流加熱速率對(duì)數(shù)據(jù)的影響：2. 氣氛的影響 氣氛的成分對(duì)DSC曲線(xiàn)的影響很大，可以被氧化的試樣在空氣或氧氣氛中會(huì)有很大的氧化放熱峰，在氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w中就沒(méi)有氧化峰了。 對(duì)于不涉及氣相的物理變化，如晶型轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶等變化，轉(zhuǎn)變前后體積基本不變或變化不大，則壓力對(duì)轉(zhuǎn)變溫度的影響很小，DSC峰溫基本不變；但對(duì)于放出或消耗氣體的化

9、學(xué)反應(yīng)或物理變化，壓力對(duì)平的溫度有明顯的影響，則DSC峰溫有較大的變化，如熱分解、升華、汽化、氧比、氫還原等。3.樣品方面的影響試樣量的影響 試樣用量越多，內(nèi)部傳熱時(shí)間越長(zhǎng)，形成的溫度梯度越大，DTA峰形就會(huì)擴(kuò)張，分辨率要下降，峰頂溫度會(huì)移向高溫，即溫度滯后會(huì)更嚴(yán)重。 用量越少則分辨率越高，但靈敏度下降。所以一般DSC試驗(yàn)都采取少量樣品較高加熱速度的方法來(lái)平衡靈敏度和分辨率。試樣粒度、形狀的影響 左圖為硝酸銀轉(zhuǎn)變的DTA曲線(xiàn)（a）原始試樣 （b）稍微粉碎的試樣 （c）仔細(xì)研磨的試樣 從左圖中，我們可以看出：對(duì)試樣要盡量均勻，最好過(guò)篩。消除熱歷史對(duì)材料的影響： 樣品的熱歷史指的是：在DSC測(cè)定時(shí)，聚合物的熱歷史不同，所測(cè)得的聚合物的Tg與Tm是不同的，聚合物在測(cè)試前經(jīng)歷不同的熱歷史，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)、晶型、非晶區(qū)