差示掃描量熱發(fā)法

差示掃描量熱分析

DSC(DifferentialScanningCalorimetry)110314102金陽(yáng)陽(yáng)什么是熱分析？物質(zhì)DSCDTADTGTGTMADMAEGA熱量變化質(zhì)量變化長(zhǎng)度變化粘彈性氣體產(chǎn)生電阻變化熱傳導(dǎo)

加熱冷卻在程序控制的溫度條件下，測(cè)量物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與時(shí)間關(guān)系的技術(shù)YOURSITEHERE目錄1.概述2.基本原理和基本曲線3.實(shí)驗(yàn)技術(shù)4.主要應(yīng)用YOURSITEHERE概述1964年美國(guó)瓦特遜（Watson）和奧尼爾（O’Neill）在DTA技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了差示掃描量熱法（DSC），美國(guó)P－E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(xiàn)。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(duì)樣品和參比物進(jìn)行加熱或冷卻，記錄樣品及參比物之間在△T=0時(shí)所需的能量差△H與時(shí)間或溫度的變化關(guān)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(shí)間(或溫度)曲線稱差示掃描量熱曲線(DSC曲線)。參比物（或基準(zhǔn)物，中性體）：在測(cè)量溫度范圍內(nèi)不發(fā)生任何熱效應(yīng)的物質(zhì)，如Al2O3、MgO等。=f(T或t)用數(shù)學(xué)式表示為YOURSITEHERE概述差示——在特定的氣體環(huán)境下測(cè)量樣品與參比的溫差△T與時(shí)間的關(guān)系掃描——在程序控溫度范圍內(nèi)連續(xù)測(cè)量量熱——樣品熱量的變化與溫差△T成正比，結(jié)果信號(hào)以毫瓦（mW)形式輸出YOURSITEHERE差示掃描量熱儀的基本結(jié)構(gòu)基本原理參比樣品樣品參比物能量差溫度程序控溫YOURSITEHERE樣品室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)YOURSITEHERE基本原理差示掃描量熱儀方塊原理圖YOURSITEHERE

基本原理如上圖所示：差示掃描量熱法是直接測(cè)定樣品加熱過(guò)程的焓變。測(cè)定時(shí)把樣品和參比物放置在相互絕緣但相同的熱條件下，按給定的程序升降溫，并始終保持樣品和參比物的溫差等于零。當(dāng)樣品中發(fā)生有熱效應(yīng)變化時(shí)，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(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后作為DSC曲線記錄下來(lái)。而DSC又可分為功率補(bǔ)償型DSC和熱流型DSC兩大類。YOURSITEHERE功率補(bǔ)償型(PowerCompensation)功率補(bǔ)償型的DSC是內(nèi)加熱式，裝樣品和參比物的支持器是各自獨(dú)立的元件，在樣品和參比物的底部各有一個(gè)加熱用的鉑熱電阻和一個(gè)測(cè)溫用的鉑傳感器。它是采用動(dòng)態(tài)零位平衡原理，即要求樣品與參比物溫度，無(wú)論樣品吸熱還是放熱時(shí)都要維持動(dòng)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(cè)定的是維持樣品和參比物處于相同溫度所需要的能量差（ΔW=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(cè)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(hào)Q（熱量差）輸出。基本原理YOURSITEHERE功率補(bǔ)償型DSC儀器的主要特點(diǎn)：

1.試樣和參比物分別具有獨(dú)立的加熱器和傳感器。整個(gè)儀器由兩套控制電路進(jìn)行監(jiān)控。一套控制溫度，使試樣和參比物以預(yù)定的速率升溫，另一套用來(lái)補(bǔ)償二者之間的溫度差。

2.無(wú)論試樣產(chǎn)生任何熱效應(yīng)，試樣和參比物都處于動(dòng)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(shù)最本質(zhì)的區(qū)別?；驹鞾OURSITEHERE基本原理熱流型(HeatFlux)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(guò)空氣和康銅做的熱墊片兩個(gè)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(cè)，參比杯的溫度由鎳鉻絲和康銅組成的熱電偶加以檢測(cè)。由此可知，檢測(cè)的是溫差ΔT，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(cè)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(hào)的輸出。YOURSITEHERE基本原理熱流型DSC儀器的主要特點(diǎn)：

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(duì)加熱塊加熱，其熱量通過(guò)電熱片同時(shí)對(duì)試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。YOURSITEHEREDSC的外觀及內(nèi)部熱流型DSCYOURSITEHEREDSC的外觀及內(nèi)部功率補(bǔ)償型DSC上海CDR-34P型YOURSITEHERE實(shí)驗(yàn)室里的DSC

西安金鵬型材公司實(shí)驗(yàn)室DSCYOURSITEHEREDSC曲線典型的差示掃描量熱（DSC）曲線以熱流率（dH/dt）為縱坐標(biāo)、以時(shí)間（t）或溫度（T）為橫坐標(biāo)，即dH/dt-t（或T）曲線。曲線離開(kāi)基線的位移即代表樣品吸熱或放熱的速率（mJ·s-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(cè)量樣品在發(fā)生物理或化學(xué)變化時(shí)的熱效應(yīng)YOURSITEHEREDSC典型綜合譜圖YOURSITEHEREDSC實(shí)驗(yàn)技術(shù)1.試樣的制備固態(tài)、液態(tài)、粘稠樣品都可以測(cè)定，氣體除外。測(cè)定前需充分干燥。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。坩堝：高聚物一般使用鋁坩堝，使用溫度低于500℃，參比物：必須具有熱惰性，熱容量和導(dǎo)熱率應(yīng)和樣品匹配。一般為Al2O3，樣品量少時(shí)可放一空坩堝。YOURSITEHEREDSC實(shí)驗(yàn)技術(shù)2.主要影響因數(shù)樣品量：升溫速率：氣氛：氣流:5-10mg

N2

20-50mL/min5~20℃/min升溫速率對(duì)峰位置的影響T吸熱20℃/min5℃/min----分辨率低----靈敏度低升溫速率越快，分辨率下降，溫度滯后。10mg2.5mg樣品量對(duì)峰位置的影響同類樣品相比，采用相同的量。YOURSITEHEREDSC在聚合物研究的應(yīng)用YOURSITEHEREDSC在聚合物研究的應(yīng)用1.用DSC曲線確定加工條件用DSC圖確定聚酯薄膜的加工條件薄膜的拉伸加工條件：拉伸溫度必須選擇在Tg以上和冷結(jié)晶開(kāi)始的溫度（117℃）以下的溫度區(qū)間內(nèi)，以免發(fā)生結(jié)晶而影響拉伸。拉伸熱定型溫度則一定要高于冷結(jié)晶結(jié)束的溫度（152℃）使之冷結(jié)晶完全，但又不能太接近熔點(diǎn)，以免結(jié)晶熔融。這樣就能獲得性能好的薄膜。YOURSITEHEREDSC在聚合物研究的應(yīng)用2.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的測(cè)定無(wú)定形高聚物或結(jié)晶高聚物無(wú)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)的分子微布朗運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，因而熱容變大，用DSC可測(cè)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(diǎn)2)取曲線的拐點(diǎn)YOURSITEHEREDSC在聚合物研究的應(yīng)用3.混合物和共聚物的成分