差示掃描量熱儀DSC

〔DifferentialScanningCalorimetry〕一介紹：差示掃描量熱儀(DSC)它是在程序溫度控制下測量物質(zhì)與參比物質(zhì)之間單位時間的能量差〔或功率差〕隨溫度變化的一種技術(shù)。該信息有助于我們識別材料的熱變化過程和最終使用性能。二：DSC系統(tǒng)組件一個多功能DSC系統(tǒng)具有三個主要組件：儀器本身，其中包括電子元件系統(tǒng)、監(jiān)測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期望的溫度范圍。爐子制冷系統(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)繞的熱電圓盤上。爐子溫度變化時，會將熱量通過熱電圓盤傳輸至樣品和參比坩堝。而感應器包括幾組熱感應器。通過區(qū)域熱電偶可以測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程，每臺DSC根本都會配備一個降溫冷卻系統(tǒng)。而制冷附件的選擇取決于試驗使用的溫度范圍。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)(FACS〕機械制冷系統(tǒng)(RCS)快速制冷裝置液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)鰭形空氣制冷系統(tǒng)(FACS)鰭形空氣制冷系統(tǒng)FACS允許使用流動空氣作為制冷劑進行從室溫至725°C的操作。鰭形空氣制冷系統(tǒng)(FACS)機械制冷系統(tǒng)(RCS)機械制冷系統(tǒng)(RCS)可用于DSC實驗中起冷卻作用，由一個以級聯(lián)方式運轉(zhuǎn)的兩階段式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)與附加的制冷機頭構(gòu)成。制冷機頭安裝在DSC爐子之上。RCS

可以用于需要在-90°C到550°C的操作溫度范圍內(nèi)進行制冷的實驗，而制冷的最大速率取決于實驗的溫度范圍。這也是我們實驗室配備的制冷系統(tǒng)型號?？焖僦评溲b置可在開始加熱試驗前快速冷卻DSC爐子至較低溫度。DSC快速制冷裝置安裝在標準DSC爐子之上，并具備一個槽，可將制冷劑放入其中以冷卻爐子。使用快速制冷裝置時的溫度為-180到550°C。實際范圍取決于制冷劑〔冰和水、干冰或液態(tài)氮〕。開始加熱試驗前，需要撤除快速制冷裝置，并將外殼蓋子放回原位。如果快速制冷裝置用于低于-100°C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TAInstruments分析儀的通用制冷附件?？稍?180°C到550°C之間自動并持續(xù)對溫度進行控制。對LNCS容罐進行加壓以將液態(tài)氮傳遞至熱交換器，來冷卻爐子。液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)三DSC根本原理在程序溫度〔線性升溫、降溫、恒溫及其組合等〕過程中，當樣品發(fā)生熱效應時，在樣品端與參比端之間產(chǎn)生了熱流差，通過熱電偶對這一熱流差進行測定，即可獲得如下類型的圖譜：圖中所示向下的為樣品的吸熱峰〔較為典型的吸熱效應有熔融、解吸等〕，向上的為放熱峰〔較為典型的放熱效應有結(jié)晶、氧化、固化等〕，比熱變化那么表達為基線高度的變化，即曲線上的臺階狀拐折〔較為典型的比熱變化效應為二級相變，包括玻璃化轉(zhuǎn)變、鐵磁性轉(zhuǎn)變等〕，如下圖：

向上放熱溫度四:使用DSC進行實驗啟動DSC1.檢查氣路，翻開儀器所需氣體〔N2、Air〕。2.檢查DSC和控制器之間的所有連接。確保每個組件都插入到正確的接頭中。3.將儀器電源開關(guān)設置到“翻開〞位置。正確開啟電源后，TAInstruments徽標將顯示在觸摸屏上，這表示儀器已經(jīng)可以開始使用了。注意：允許DSC在執(zhí)行實驗之前至少預熱20分鐘。?根據(jù)需要連接并設置外部附件〔例如，凈化氣體、制冷附件〕。如果打算運行低溫實驗，請正確安裝并翻開輔助制冷系統(tǒng)。注意：確保運行實驗和校準系統(tǒng)采用相同的氣體。?選擇并準備樣品。包括準備適當大小和重量的樣品，選擇坩堝類型和材料，并將樣品密封到坩堝中。?在制備DSC樣品時應注意如下要點:樣品重量應保持在5~10mg。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。?一旦準備好樣品和坩堝并記錄了樣品信息，那么可準備將樣品坩堝放入DSC爐子中。?按照以下說明，將樣品坩堝裝入爐子中：1.拆卸蓋子。請觸摸DSC控制菜單觸摸屏上的LIDOPEN鍵從爐子上升起蓋子。請參見右圖。注意：絕對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的右前方，將參考坩堝放在平臺的左前方〔如以下圖所示〕。居中坩堝可使結(jié)果更精確。3.蓋上爐子。如果DSC配備有自動加蓋裝置，請觸摸DSC控制菜單觸摸屏上的LIDDOWN鍵為爐子加蓋。?通過TA控制器輸入實驗和過程信息，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〞、觸摸儀器觸摸屏上的START鍵〔Q100或Q1000〕或按下輔助鍵盤上的Start鍵來開始實驗。當啟動儀器時，系統(tǒng)自動運行實驗直到完成。開始實驗五：DSC操作條件影響

典型DSC轉(zhuǎn)變：

1.升溫速率的影響

升溫速率增加，單位時間產(chǎn)生的熱效應大，產(chǎn)生的溫度差當然也越大，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，曲線形狀也有很大變化。上圖為升溫速率對高嶺土脫水反應DTA曲線的影響加熱速率對數(shù)據(jù)的影響：溫度→熱流加熱速率對數(shù)據(jù)的影響：2.氣氛的影響氣氛的成分對DSC曲線的影響很大，可以被氧化的試樣在空氣或氧氣氛中會有很大的氧化放熱峰，在氮氣或其它惰性氣體中就沒有氧化峰了。對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)變前后體積根本不變或變化不大，那么壓力對轉(zhuǎn)變溫度的影響很小，DSC峰溫根本不變；但對于放出或消耗氣體的化學反響或物理變化，壓力對平的溫度有明顯的影響，那么DSC峰溫有較大的變化，如熱分解、升華、汽化、氧比、氫復原等。3.樣品方面的影響?試樣量的影響試樣用量越多，內(nèi)部傳熱時間越長，形成的溫度梯度越大，DTA峰形就會擴張，分辨率要下降，峰頂溫度會移向高溫，即溫度滯后會更嚴重。用量越少那么分辨率越高，但靈敏度下降。所以一般DSC試驗都采取少量樣品較高加熱速度的方法來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（a）原始試樣（b）稍微粉碎的試樣（c）仔細研磨的試樣從左圖中，我們可以看出：對試樣要盡量均勻，最好過篩。消除熱歷史對材料的影響：?樣品的熱歷史指的是：在DSC測定時，聚合物的熱歷史不同，所測得的聚合物的Tg與Tm是不同的，聚合物在測試前經(jīng)歷不同的熱歷史，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)、晶型、非