差示掃描量熱分析

DSC(DifferentialScanningCalorimetry)110314102金陽陽什么是熱分析？物質(zhì)DSCDTADTGTGTMADMAEGA熱量變化質(zhì)量變化長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。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，另一套用來補(bǔ)償二者之間的溫度差。

2.無論試樣產(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

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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)的分子微布朗運(yùn)動(dòng)開始，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