DSC基本原理及使用方法

1、差示掃描量熱法差示掃描量熱法(DSC)(DSC)基本原理及使用方法差示掃描量熱法差示掃描量熱法（DSC） （Differential Scanning Calorimetry）v定義：在定義：在程序控制溫度程序控制溫度下，測量下，測量輸給物輸給物質(zhì)與參比物的功率差質(zhì)與參比物的功率差與與溫度溫度的一種技術(shù)。的一種技術(shù)。v 分類：根據(jù)所用測量方法的不同分類：根據(jù)所用測量方法的不同 1. 功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型DSC 2. 熱流型熱流型DSCvDTADTA存在的兩個(gè)缺點(diǎn)：存在的兩個(gè)缺點(diǎn)：1 1）試樣在產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，升溫速率是非）試樣在產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，升溫速率是非線性的，從而使校正系數(shù)線性的，從而使校正系

2、數(shù)K K值變化，難以值變化，難以進(jìn)行定量；進(jìn)行定量；2 2）試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，由于與參比物、）試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，由于與參比物、環(huán)境的溫度有較大差異，三者之間會(huì)發(fā)環(huán)境的溫度有較大差異，三者之間會(huì)發(fā)生熱交換，降低了對熱效應(yīng)測量的靈敏生熱交換，降低了對熱效應(yīng)測量的靈敏度和精確度。度和精確度。使得差熱技術(shù)難以進(jìn)行定量分析，只能使得差熱技術(shù)難以進(jìn)行定量分析，只能進(jìn)行定性或半定量的分析工作。進(jìn)行定性或半定量的分析工作。 為了克服差熱缺點(diǎn)，發(fā)展了為了克服差熱缺點(diǎn)，發(fā)展了DSC。該法對試樣產(chǎn)生的熱效應(yīng)能及時(shí)得到應(yīng)該法對試樣產(chǎn)生的熱效應(yīng)能及時(shí)得到應(yīng)有的補(bǔ)償，使得試樣與參比物之間有的補(bǔ)償，使得試樣與參比物之間無溫

3、無溫差、無熱交換差、無熱交換，試樣升溫速度始終跟隨，試樣升溫速度始終跟隨爐溫線性升溫，保證了校正系數(shù)值恒爐溫線性升溫，保證了校正系數(shù)值恒定。測量靈敏度和精度大有提高。定。測量靈敏度和精度大有提高。 縱坐標(biāo)縱坐標(biāo) ：熱流率熱流率橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)：溫度溫度T (或時(shí)間或時(shí)間t)峰向上表示峰向上表示吸熱吸熱向下表示向下表示放熱放熱在整個(gè)表觀上，除在整個(gè)表觀上，除縱坐標(biāo)軸的單位之縱坐標(biāo)軸的單位之外。外。DSC曲線峰包曲線峰包圍的面積正比于熱圍的面積正比于熱焓的變化。焓的變化。影響影響DSC的因素的因素 由于由于DSC用于定量測試，因此實(shí)驗(yàn)用于定量測試，因此實(shí)驗(yàn)因素的影響顯得更重要，其主要的影響因素的影響

4、顯得更重要，其主要的影響因素大致有以下幾方面：因素大致有以下幾方面： 1.實(shí)驗(yàn)條件：程序升溫速率實(shí)驗(yàn)條件：程序升溫速率，氣氛，氣氛 2.試樣特性：試樣用量、粒度、裝填情況、試樣特性：試樣用量、粒度、裝填情況、試樣的稀釋等。試樣的稀釋等。 主要影響主要影響DSC曲線的峰溫和峰形，一般曲線的峰溫和峰形，一般越大，越大，峰溫越高，峰形越大和越尖銳。峰溫越高，峰形越大和越尖銳。 實(shí)際中，升溫速率實(shí)際中，升溫速率的影響是很復(fù)雜的，對溫度的影響是很復(fù)雜的，對溫度的影響在很大程度上與試樣的種類和轉(zhuǎn)變的類型密切的影響在很大程度上與試樣的種類和轉(zhuǎn)變的類型密切相關(guān)。相關(guān)。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般對所通氣體的氧化還原性和惰性

5、比實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般對所通氣體的氧化還原性和惰性比較注意，而往往容易忽略對較注意，而往往容易忽略對DSC峰溫和熱焓值的影響。峰溫和熱焓值的影響。實(shí)際上，氣氛的影響是比較大的。實(shí)際上，氣氛的影響是比較大的。 1）試樣用量：）試樣用量： 不宜過多，多會(huì)使試樣內(nèi)部傳熱慢，溫度梯度大，導(dǎo)致不宜過多，多會(huì)使試樣內(nèi)部傳熱慢，溫度梯度大，導(dǎo)致峰形擴(kuò)大、分辨力下降。峰形擴(kuò)大、分辨力下降。 2）試樣粒度：）試樣粒度： 影響比較復(fù)雜，通常大顆粒熱阻較大，而使試樣的熔影響比較復(fù)雜，通常大顆粒熱阻較大，而使試樣的熔融溫度和熔融熱焓偏低。融溫度和熔融熱焓偏低。 但是當(dāng)結(jié)晶的試樣研磨成細(xì)顆粒時(shí)，往往由于晶體結(jié)但是當(dāng)結(jié)晶的試樣研

6、磨成細(xì)顆粒時(shí)，往往由于晶體結(jié)構(gòu)的歪曲和結(jié)晶度的下降也可導(dǎo)致相類似的結(jié)果。構(gòu)的歪曲和結(jié)晶度的下降也可導(dǎo)致相類似的結(jié)果。 對干帶靜電的粉狀試樣，由于粉末顆粒間的靜電引力對干帶靜電的粉狀試樣，由于粉末顆粒間的靜電引力使粉狀形成聚集體，也會(huì)引起熔融熱焓變大。使粉狀形成聚集體，也會(huì)引起熔融熱焓變大。 DSC的應(yīng)用的應(yīng)用 鑒于鑒于DSC能定量的量熱、靈敏度高，能定量的量熱、靈敏度高，應(yīng)用領(lǐng)域很寬，涉及熱效應(yīng)的物理變化應(yīng)用領(lǐng)域很寬，涉及熱效應(yīng)的物理變化或化學(xué)變化過程均可采用或化學(xué)變化過程均可采用DSC來進(jìn)行測來進(jìn)行測定。定。 峰的位置、形狀、峰的數(shù)目與物質(zhì)峰的位置、形狀、峰的數(shù)目與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，故可用來定

7、性的表征和鑒的性質(zhì)有關(guān)，故可用來定性的表征和鑒定物質(zhì)，而峰的面積與反應(yīng)熱焓有關(guān)，定物質(zhì)，而峰的面積與反應(yīng)熱焓有關(guān)，故可以用來定量計(jì)算參與反應(yīng)的物質(zhì)的故可以用來定量計(jì)算參與反應(yīng)的物質(zhì)的量或者測定熱化學(xué)參數(shù)。量或者測定熱化學(xué)參數(shù)。 無定形高聚物或結(jié)晶高聚物無定形部分無定形高聚物或結(jié)晶高聚物無定形部分在升溫達(dá)到它們的玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，被凍結(jié)的在升溫達(dá)到它們的玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，被凍結(jié)的分子微布朗運(yùn)動(dòng)開始，因而熱容變大，用分子微布朗運(yùn)動(dòng)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?？蓽y定出其熱容隨溫度的變化而改變。 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

8、聚增加它的柔性。因?yàn)樵诰郾┖途垡蚁┕不煳镏兴鼈兏髯员３直旧淼娜廴谝驗(yàn)樵诰郾┖途垡蚁┕不煳镏兴鼈兏髯员３直旧淼娜廴谔匦裕虼嗽摴不煳镏懈鹘M分的混合比例可分別根據(jù)它們特性，因此該共混物中各組分的混合比例可分別根據(jù)它們的熔融峰面積計(jì)算。的熔融峰面積計(jì)算。 高分子材料的許多重要物理性能是高分子材料的許多重要物理性能是與其結(jié)晶度密切相關(guān)的。所以百分結(jié)晶與其結(jié)晶度密切相關(guān)的。所以百分結(jié)晶度成為高聚物的特征參數(shù)之一。由于結(jié)度成為高聚物的特征參數(shù)之一。由于結(jié)晶度與熔融熱焓值成正比，因此可利用晶度與熔融熱焓值成正比，因此可利用DSC測定高聚物的百分結(jié)晶度，先根據(jù)測定高聚物的百分結(jié)晶度，先根據(jù)高聚物的高聚物的DSC熔融峰面積計(jì)算熔融熱焓熔融峰面積計(jì)算熔融熱焓Hf，再