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差示掃描量熱儀（DSC）分析原理及應(yīng)用

閱讀次數(shù)：5476 發(fā)布時(shí)間：2017/8/29 9:46:02

差示掃描量熱儀（DSC）分析原理及應(yīng)用
差示掃描量熱法（DSC）
定義：在程序控制溫度下，測(cè)量輸給物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的一種技術(shù)。
分類：根據(jù)所用測(cè)量方法的不同
1. 功率補(bǔ)償型DSC
2. 熱流型DSC
基本原理
DTA存在的兩個(gè)缺點(diǎn)：
1）試樣在產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，升溫速率是非線性的，從而使校正系數(shù)K值變化，難以進(jìn)行定量；
2）試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，由于與參比物、環(huán)境的溫度有較大差異，三者之間會(huì)發(fā)生熱交換，降低了對(duì)熱效應(yīng)測(cè)量的靈敏度和精確度。
→使得差熱技術(shù)難以進(jìn)行定量分析，只能進(jìn)行定性或半定量的分析工作。
為了克服差熱缺點(diǎn)，發(fā)展了DSC。該法對(duì)試樣產(chǎn)生的熱效應(yīng)能及時(shí)得到應(yīng)有的補(bǔ)償，使得試樣與參比物之間無(wú)溫差、無(wú)熱交換，試樣升溫速度始終跟隨爐溫線性升溫，保證了校正系數(shù)Ｋ值恒定。測(cè)量靈敏度和精度大有提高。

1.功率補(bǔ)償型DSC測(cè)量的基本原理
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見(jiàn)圖。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)*本質(zhì)的區(qū)別。

2.熱流型DSC
與DTA儀器十分相似，是一種定量的DTA儀器。
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。

3.DSC曲線

縱坐標(biāo) ：熱流率
橫坐標(biāo)：溫度T （或時(shí)間t）
峰向上表示吸熱
向下表示放熱
在整個(gè)表觀上，除縱坐標(biāo)軸的單位之外，DSC曲線看上去非常像DTA曲線。像在DTA的情形一樣，DSC曲線峰包圍的面積正比于熱焓的變化。

影響DSC的因素
DSC的影響因素與DTA基本上相類似，由于DSC用于定量測(cè)試，因此實(shí)驗(yàn)因素的影響顯得更重要，其主要的影響因素大致有以下幾方面：
1.實(shí)驗(yàn)條件：程序升溫速率Φ，氣氛
2.試樣特性：試樣用量、粒度、裝填情況、試樣的稀釋等。

1.實(shí)驗(yàn)條件的影響（1）.升溫速率Φ
主要影響DSC曲線的峰溫和峰形，一般Φ越大，峰溫越高，峰形越大和越尖銳。
實(shí)際中，升溫速率Φ的影響是很復(fù)雜的，對(duì)溫度的影響在很大程度上與試樣的種類和轉(zhuǎn)變的類型密切相關(guān)。

如已二酸的固-液相變，其起始溫度隨著Φ升高而下降的。

2.在DSC定量測(cè)定中，*主要的熱力學(xué)參數(shù)是熱焓。一般認(rèn)為Φ對(duì)熱焓值的影響是很小的，但是在實(shí)際中并不都是這樣。

3.從室溫到熔點(diǎn)之間有四個(gè)相（I、II、III、IV）之間的轉(zhuǎn)變過(guò)程。隨著升溫速率的增大，的相轉(zhuǎn)變峰溫和熱焓值是增高的。

（2）.氣氛
1.實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般對(duì)所通氣體的氧化還原性和惰性比較注意，而往往容易忽略對(duì)DSC峰溫和熱焓值的影響。實(shí)際上，氣氛的影響是比較大的。

2.如在He氣氛中所測(cè)定的起始溫度和峰溫比較低，這是由于爐壁和試樣盤(pán)之間的熱阻下降引起的，因?yàn)镠e的熱導(dǎo)性約是空氣的5倍，溫度響應(yīng)比較慢，而在真空中溫度響應(yīng)要快得多。

（3）試樣特性的影響
1.試樣用量：不宜過(guò)多，多會(huì)使試樣內(nèi)部傳熱慢，溫度梯度大，導(dǎo)致峰形擴(kuò)大、分辨力下降。

（4）試樣粒度
影響比較復(fù)雜。
通常大顆粒熱阻較大，而使試樣的熔融溫度和熔融熱焓偏低。
但是當(dāng)結(jié)晶的試樣研磨成細(xì)顆粒時(shí)，往往由于晶體結(jié)構(gòu)的歪曲和結(jié)晶度的下降也可導(dǎo)致相類似的結(jié)果。
對(duì)干帶靜電的粉狀試樣，由于粉末顆粒間的靜電引力使粉狀形成聚集體，也會(huì)引起熔融熱焓變大。
（5）試樣的幾何形狀
在高聚物的研究中，發(fā)現(xiàn)試樣幾何形狀的影響十分明顯。對(duì)于高聚物，為了獲得比較精確的峰溫值，應(yīng)該增大試樣與試樣盤(pán)的接觸面積，減少試樣的厚度并采用慢的升溫速率。

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原創(chuàng)作者：上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司