差示扫描量热仪DSC的应用与操作

1、差示扫描量热仪DSC的应用与操作公共技术服务屮心主要内容DSC基本原理2 操作方法3 影响实验的因素应用示例1.差示扫描量热法原理11 差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry :是在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的能量 差随温度或时间变化的一种技术。根据测量方法的不同，又 分为功率补偿型DSC和热流型DSC两种类型。1 2示意图Heat fl:w pathsrh6rrnal 供皿'Heating and cooling system其主要特点：试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。整个仪器由蠶蝶蠶薜参比物的温度保持相同'这样

2、就可以补偿的功两个控制系统进行监控。其中一个控制温度，使试样和参比物在 预定的速率下升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物之间所 产生的温差。这个温差是由试样的放热或吸热效应产生的。通过面积 40.29 J/g删而枳 40.29 J/g帔必70.6 C中点74.8 C比热变化0.40 J/(g*K)样品夕称PET20.97 吨AI1OK/nin30050100150200Temperature/ C250例21.3 DSC与DTA测定原理比较 DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标， 以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。 DTA是测SAT-T的关系，而

3、DSC是保持AT = O,测定AH-T的 关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结 果可用于定量分析。1.4 PerkinElmer Diamand DSC DSC Analyzer 主机冷却系统大气一室温以上操作机械式冷冻循环系统(Intracooler) 最低至-50°C液氮系统一最低至T50°C控制软件样品制备工具b、叱1.5 PerkinElmer Diamand DSC的应用可用于测量包括高分子材料在内的固体、液体材料的 熔点、沸点、玻璃化转变、比热、结晶温度、结晶度、纯 度、反应温度、反应热等。2. DSC操作方法 开机 选择试验气体，调节流速

4、 建立试验方法（设置试验条件）选择相应的校正文件（若没有和合适的校正文件要先进行仪器校正再测量样品）样品测量数据处理02.1开机?按下列顺序开机：稳压器电源一计算机一仪器电源Di an ond0双击电脑桌面Pyris Manager软件，点击 白岸 图标联机，进入pyris软件。記 Pyris Serios - DiaMond DSC - IxwtruMont Viewer - UntitledEd:tHi spl<vy Curves CaIc Icols Y： Moy Melp号1/ Ji I ax虫耳属旳致b£IL 乂|捕涸绳归脸I J 自匕fcsSamnlempPeq加m

5、Tmmp Sla【usCurrenl SigpTimm REmainin -3.05 CAt Tempon4DiamctidDSC Ccntroi Panel£ y&-500 xw.£dn QPUJiU-FOH8 - .10 - -12 - 14 -16-19W295454 295462954729£4829.649Tcrr)cr«urc().©5029651卜8g44Axis x = 29.6S * C y = 2.33ES 卅4气帘气减压阀指示在912psi之间o打开DSC净化气和气帘气气瓶（低温操作时）开关，调节净 化气流量为15

6、ml/min；在控制面板中将 g| 、两项启动。打开Intracool 2P致冷机电源开芙，稳定4560min。2 2建立试验方法点击工具栏中的I按钮激活方法编辑窗口，设置试验条件。a lethod Editor - PP.pdidSEIMSample rto | Iritiai | Projam | Viev Progiam |Sample info: 选择数据保存 路径输入样品重量Method Fib Nome: PP.pddScrnde ID:Sample ID:Operatec ID:Cemrnerc°XEnter Sarrofe InfoEnter SardeWeiahWe

7、ight |3.580二回自 lot hod Edi-t or - Untxt LedSarcle IrfoIniliolShfc j Piocr View ProgiemMelhcd Fite Marne UrtitledSemple IDD&g io be saved 10 03-08-045OT3 tdidRc-RvnAcbor* - Clizk Riqht Mane button for=斗 Start the Rs心 Actbn ccdj s IrnmedidiipInitial State:设置开始工作条件Set HUsrf Val.»&lemoeraiu

8、re: iProgram: 设置程序温度IIIPyris Series - Diasond TG/DTZJ3能量等于试样的真实温度和能】q丿e2 3挂諱合适的仪器校正文件方法窗口激活的情况下View Calibrate 激活校正文件编辑窗口。此时的校正文件不一定 是本次试验需要的，File - Open选择与实验条件相同的 校正文件。目的：使仪器的指示温度、3>62 4样品测量Ill制样：称取适量样品（一般熔点测试：3-5mg;玻璃化温度：5-10mg）放入铝 样品皿中，使样品与样品皿有良好的接触，加盖密封。完成后检查样品皿底 部是否平整。根据需要制备参比样品，一般采用空样品皿做参比。打

9、开DSC炉体（保证为室温），小心地用银子平整地将制备好的制样和参比 放入样品池（左边的样品池放置待测样品，右边的放置参比），盖上炉盖。 方法编辑器中输入样品质量，将温度升至程序设定的初始温度，待信号温度 后点击上型按钮测量。当温度达到设定的限制温度上限时，测量结束。在程序运行期间若要停止测 量，可再按 上宜二|按钮终止测量。 4注意事项应对样品的性质有大概的了解，DSC不用于进行分解实验。使用铝皿时，测试温度不得超过550°C。装样前观察仪器是否处于室如果发现仪器精度有所下降，应考虑是否是炉子污染引起。此时，可以用 酒精棉签轻轻擦拭炉子样品池的内壁。如果效果不理想，则可以使用软件 提

10、供的®| “洗炉子”的功能，将炉子加热到6000 以实现清洗的目的。 使用“洗炉子”功能要谨慎，保证样品池内无样品皿或其它600 °C会熔化 的污染物。日常操作中不要误用此功能，以免造成样品皿熔化在加热池中 的灾难性后果。采集数据的过程中应避免仪器周围有明显的震动，严禁打开上盖。不要在 采集数据的过程中调整样品净化气体的流量，因为气体流量的轻微改变就 会对DSC热流曲线产生明显的影响。2 5数据处理与数据储存与Diamond TG/DTA 类似, 反应热熔、玻璃化温度等计算。可进行反应峰特征温度、2 6仪器校正目的：使仪器的指示温度、能量等于试样的真实温度和能量。方法： 基

11、线校正： 温度校正： 能量校正： 炉温校正：包括曲率校正和斜率校正Indium和Zinc标准物质的熔点 Indium标准物质的熔融热熔! 温度范围选定后仪器自动校正校正仪器时采用的试验条件与测试样品时一致2 6 1仪器校正选择需要的气体和合适的 流量Pyiis Series - Diaaond TG/DTAroolc Vindcw Hfilpi| Opcr».Ctrl-0|SaveCtrLSSave人s.I2込一f冋冈Sicaibrabcn i$ appled Zxpcrt Date卜Inj ort Diitfi方法窗口激活的情况下View Calibrate 激活校正文件编辑窗口F

12、ile Open选择default（出厂校正文件）丿eCalibration - Default, pdicE®丿eOperator IThis clibraiion i$ aoDiedC Baseiine AutoiLreCalibration Date: 20C9-5-26 16:27 43 ® f Sample TenporaturoCdibralion Da 2039 &26 16:27:43 ffi i? Funacc Calbidion Ddc; 2009-5-2B 16.27.43* 丄 Hear Flov* Caltobcn Date: 2003-5

13、-2616:27-43丿e丿e选择Advanced Cal,校正顺序：基线优化一温度校正 一炉子校正一能量校正。选择下一步进行基线优化clcu*e to Diund DSC Advanced CalibrationB3?elreAutoiuo3Cdibraion2009-10 10 16E337+ Sanpie tefnperu(6 Cdibraiion Date: 2C03-10-10 13:28.34i 百 FuinaceCalibrion De: 2009-10-1019 51:41a 丄 HedFb内 CalbrattnDatB： 2309-10101554:32丿e丿eFinal l

14、estSample H(WELCOME to ihe Diarrcnd DSC Advanced CdlbiatbnWizaidThe above rVormation 启 vduf cunerit caltcabcnP(es$ "Nerf'to continue."丿e丿e上一步窗2 6 2基线优化软件可自动进行优化操作（时间 长，一般要4h左右），有经验的 人员也可选择手动操作选择Enter Range输入需要优化的 温度段，然后选择Start Auto,仪器 将自动运行。完成后选择下一步直到出现另存 为，保存该校正文件。DiaBond DSC Baseline

15、 AntotimeBaselineAijiotune CaltcartnDate: 2009-10-101653:37CL Slope: 47£ Coerce Dahncc: -1 仝 Fine Baknce: 15EHcfRongc |Erter Values |S left AutoAo 卿 i ValuesTewperature Calibrjitiontcrdaid Name: Indurif Expected Tempefaiue: 156 6C0 UQAccert/| Rinh A"2 6 3温度校正按照测量样品的方法测量标准物 质的相变温度（一般釆用二种标 准

16、物质校正，常用In、Zn,也可 根据要求选择其它标物）打开保存的校正文件，选择下一 步一直到温度校正窗口对标准物质进行参数修改完成后点击Accept完成后点击下一步到炉子校正zzz2 6 4炉子校正：使程序和样品温度相匹配Dia*ond DSC Fxiraaco CalibrationFurnace 匚aitcatcnDate: 20D9-101019511点击Enter Range输入温度校正区间点击Start Auto仪器自动进行炉子校正完成后点击下一步直到出现 另存为窗口，保存校正文件1? Mhmum SJOCOC Moximum 333 COD TEntei IcTTpsrcturcs

17、 cycdcr thon cnalvS icnqe.ErierRanae ISial Auto上一步(B) |下步业2 | 取消 | 帮助 |r J22 6 5能量校正温度校正时测量的标物 计算其反应热按要求修改标物的反应 热参数完成后选择下一步保 持校正文件，完成仪器 校正/ 、7Jy丿e注意日常测试时应经常用标样检查设备状态，不满意时需重新标定。 当有下列情况之一发生时，需要重新标定：操作温度范围发生变化。般的做法是重新选用合适的标样,丿e丿e涵盖期望的温度范 净化气体的类型和流量改变。用不同的冷却附件（例如从常温模式下的自然冷却改为低温模式下的液氮冷却）。扫描速率变化较大。3热分析实验影

18、响因素升温速率样品用量样品粒度与堆积方式气氛堆竭加盖与否的选择31升温速率快速升温：易产生反应滞后，样品内温度梯度增大，峰（平台） 分离能力下降；对DTA其基线漂移较大，但能提高灵敏度。慢速升温：有利于DTA相邻峰的分离；TG相邻失重平台的分离; 但灵敏度下降。对于TG测试，过快的升温速率有时会导致丢失某些中间产物的信息。一般以较慢的升温速率为宜。对于DTA测试，在传感器灵敏度足够的情况下，一般也以较+的升温速率为佳。 4060何创网） 4 枳值始度度 Iftl邮起宽高28.56 J/g158.9156.82.4(37.000 %)2.071 mW/mg20K/min28.45 J/g159.

19、8157.03.7(37.000 %)2.605 mW/mgiW2iW2165.0170.0175.0180.0iW23 2样品用量样品量小：减小样品内的温度梯度，测得特征温度较低更“真实”；有利于气体产物扩散，减少化学平衡中的逆向反应；相邻 峰（平台）分离能力增强，但DTA灵敏度有所降低。样品量大：能提高DTA灵敏度，但峰形加宽，峰值温度向高温漂移，相邻峰（平台）趋向于合并在起，峰分离能力下降；且样品内温度梯度较大，气体产物扩散亦稍差。般在DTA与热天平的灵敏度足够的情况下，亦以较小的样品量为宜。一对矛盾：灵敏度-T分辨率如何提高灵敏度，检测微弱的热效应：提高升温速率，加大样=1品量。如何提

20、高分辨率，分离相邻的峰（平台）:使用慢速升温速率,小的样品量。由于增大样品量对灵敏度影响较大，对分辨率影响较小，而加 快升温速率对两者影响都大，因此在热效应微弱的情况下，常 以选择较慢的升温速率（保持良好的分辨率），而以适当增加 样品量来提高灵敏度。大样品星械快速升爲速率）小拝品量威慢速升温速率）(93 3样品粒度与堆积方式样品粒度小：比表面大，加速表面反应，加速热分解；堆积较紧 密，内部导热良好，温度梯度小，DTA、DTG的峰温和起始温 度均有所降低。样品堆积紧密：内部导热良好，温度梯度小；缺点是与气氛接触 稍差，气体产物扩散稍差，可能对气固反应及生成气态产物的化 学平衡略有影响。样品在堆竭底部铺平：有利于降低热电偶与样品间的温度差。一般在灵敏度允可的情况下选择较小的样品量，对块状样品切成薄片或碎粒，对粉末样品使其在坨竭底部铺平成一薄层。3 4气氛静态气氛：静态下气体产物扩散不易，分压升高，反应移向高温；且易污染传感器。一般使用动态吹扫气氛。动态气氛，根据实际反应需要选择惰性(N2，Ar，He)、氧化性 (02, Air)与其他特殊气氛。常用惰性气氛导热性：He » N2 > Ar3 4气氛选择导热性较好的气氛，有利于向反应体系提供