差示扫描量热发法

1、LOGO差示扫描量热分析差示扫描量热分析 DSC (Differential Scanning Calorimetry)110314102 金阳阳YOUR SITE HERE什么是热分析？什么是热分析？物质DSCDTADTGTGTMADMAEGA热量变化质量变化长度变化粘弹性气体产生电阻变化热传导 加热冷却在程序控制的温度条件下，测量物质的物理化学性质与时间关系的技术YOUR SITE HERE目录目录1. 概述概述2. 基本原理和基本曲线基本原理和基本曲线3. 实验技术实验技术4. 主要应用主要应用YOUR SITE HERE 概述概述u1964年美国瓦特逊（Watson）和奥尼尔（ONei

2、ll）在DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC），美国PE公司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。u差示扫描量热法(DSC)是在相同的温度环境中，按一定的升温或降温速度对样品和参比物进行加热或冷却，记录样品及参比物之间在T = 0时所需的能量差H与时间或温度的变化关系的方法。本法不但能用于定性，而且能用于定量。操作方法与DTA相似，获得的能量差一时间(或温度)曲线称差示扫描量热曲线(DSC曲线)。u参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如Al2O3、MgO等。dtdHdtdQdtdQPrs=f (T或t)用数学式表示为YOUR SITE

3、 HERE概述概述u差示在特定的气体环境下测量样品与参比的温差T与时间的关系u扫描在程序控温度范围内连续测量u量热样品热量的变化与温差T成正比，结果信号以毫瓦（mW)形式输出YOUR SITE HERE差示扫描量热仪的基本结构基本原理基本原理参比参比样品样品样品样品参比物参比物能量差能量差温度温度程序控温程序控温样品室的内部结构样品室的内部结构YOUR SITE HERE基本原理基本原理差示扫描量热仪方块原理图差示扫描量热仪方块原理图YOUR SITE HERE 基本原理基本原理如上图所示： 差示扫描量热法是直接测定样品加热过程的焓变。测定时把样品和参比物放置在相互绝缘但相同的热条件下，按给定

4、的程序升降温，并始终保持样品和参比物的温差等于零。当样品中发生有热效应变化时，由装在样品和参比物底部的微加热器提供能量，维持二者的温度相同，微加热器所提供的能量由转换器转化为电信号后作为DSC曲线记录下来。 而DSC又可分为功率补偿型DSC和热流型DSC两大类。YOUR SITE HEREu功率补偿型功率补偿型(Power Compensation)(Power Compensation) 功率补偿型的DSC是内加热式，装样品和参比物的支持器是各自独立的元件，在样品和参比物的底部各有一个加热用的铂热电阻和一个测温用的铂传感器。它是采用动态零位平衡原理，即要求样品与参比物温度，无论样品吸热还是放

5、热时都要维持动态零位平衡状态，也就是要保持样品和参比物温度差趋向于零。DSC测定的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的能量差（W=dH/dt），反映了样品焓的变化。 在样品和参比物始终保持相同温度的条件下，测定满足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号Q（热量差）输出。基本原理基本原理YOUR SITE HEREv 功率补偿型功率补偿型DSCDSC仪器的仪器的主主要特点：要特点： 1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。整个仪器由两套控制电路进行监控。一套控制温度，使试样和参比物以预定的速率升温，另一套用来补偿二者之间的温度差。 2.无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处

6、于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差T等于0。 这是DSC和DTA技术最本质的区别。基本原理基本原理YOUR SITE HERE基本原理基本原理u热流型热流型(Heat Flux)(Heat Flux) 热流型DSC是外加热式，采取外加热的方式使均温块受热然后通过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯，试样杯的温度有镍铬丝和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测，参比杯的温度由镍铬丝和康铜组成的热电偶加以检测。由此可知，检测的是温差T，它是试样热量变化的反映。 在给予样品和参比物相同的功率下，测定样品和参比物两端的温差T，然后根据热流方程，将T（温差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。

7、YOUR SITE HERE基本原理基本原理v 热流型热流型DSCDSC仪器的仪器的主要特主要特点：点： 1.与DTA仪器十分相似，是一种定量的DTA仪器。 2.不同之处在于试样与参比物托架下，置一电热片，加热器在程序控制下对加热块加热，其热量通过电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀。YOUR SITE HEREDSCDSC的外观及内部的外观及内部热流型DSCYOUR SITE HEREDSCDSC的外观及内部的外观及内部功率补偿型DSC上海CDR-34P型YOUR SITE HERE实验室里的实验室里的DSC 西安金鹏型材公司实验室西安金鹏型材公司实验室DSCYOUR SITE HER

8、EDSC曲线曲线典型的差示扫描量热（DSC）曲线以热流率（dH/dt）为纵坐标、以时间（t）或温度（T）为横坐标，即dH/dt-t（或T）曲线。曲线离开基线的位移即代表样品吸热或放热的速率（mJs-1），而曲线中峰或谷包围的面积即代表热量的变化。因而差示扫描量热法可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应YOUR SITE HEREDSC典型综合谱图典型综合谱图YOUR SITE HEREDSC实验技术实验技术1.试样的制备试样的制备u固态、液态、粘稠样品都可以测定，气体除外。测定前需充分干燥。u装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底部，以减少试样与器皿间的热阻。u坩埚：高聚物一般使用铝坩埚

9、，使用温度低于500，u参比物：必须具有热惰性，热容量和导热率应和样品匹配。一般为AlAl2 2O O3 3，样品量少时可放一空坩埚。YOUR SITE HEREDSC实验技术实验技术2.主要影响因数主要影响因数样品量：样品量： 升温速率：升温速率：气氛：气氛：气流气流: :5-10mg N2 20-50mL/min520/min升温速率对峰位置的影响升温速率对峰位置的影响T吸热吸热20/min5/min-分辨率低分辨率低-灵敏度低灵敏度低升温速率越升温速率越快，分辨率快，分辨率下降，温度下降，温度滞后。滞后。 10mg2.5mg样品量对峰位置的影样品量对峰位置的影响响同类样品相同类样品相比，

10、采用相比，采用相同的量。同的量。YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的应用在聚合物研究的应用YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的应用在聚合物研究的应用1.1.用用DSCDSC曲线确定加工条件曲线确定加工条件用用DSC图确定聚酯薄膜的加工条件图确定聚酯薄膜的加工条件薄膜的拉伸加工条件：薄膜的拉伸加工条件：拉伸温度必须选择在拉伸温度必须选择在Tg以以上和冷结晶开始的温度（上和冷结晶开始的温度（117）以下的温度区间）以下的温度区间内，以免发生结晶而影响内，以免发生结晶而影响拉伸。拉伸。拉伸热定型温度则一定要拉伸热定型温度则一定要高于冷结晶结束的温度（高于冷结晶结束的温度（15

11、2）使之冷结晶完全）使之冷结晶完全，但又不能太接近熔点，但又不能太接近熔点，以免结晶熔融。这样就能以免结晶熔融。这样就能获得性能好的薄膜。获得性能好的薄膜。YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的应用在聚合物研究的应用2.玻璃化转变温度玻璃化转变温度Tg的测定的测定无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时，被冻结的分子微布朗运动开始，因而热容变大，用DSC可测定出其热容随温度的变化而改变。1)取基线及曲线弯曲部的外延线的交点取基线及曲线弯曲部的外延线的交点2)取曲线的拐点取曲线的拐点 YOUR SITE HEREDSC在聚合物研究的应用在聚合物研究的应用3.混合物和共聚物的成分检测脆性的聚丙烯往往与聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。脆性的聚丙烯往往与聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。因为在聚丙烯和聚乙烯共混物中它们各自保持本身的熔因为在聚丙烯和聚乙烯共混