差示掃描量熱法DSC簡(jiǎn)介

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1、聚合物的熱分析------差示掃描量熱法（DSC）差示掃描量熱法是在差熱分析（DTA）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種熱分析技術(shù)。它被定義為：在溫度程序控制下，測(cè)量試量相對(duì)于參比物的熱流速隨溫度變化的一種技術(shù)。簡(jiǎn)稱DSC（DiffeventialScanningCalovimltry）。DSC技術(shù)克服了DTA在計(jì)算熱量變化的困難，為獲得熱效應(yīng)的定量數(shù)據(jù)帶來(lái)很大方便，同時(shí)還兼具DTA的功能。因此，近年來(lái)DSC的應(yīng)用發(fā)展很快，尤其在高分子領(lǐng)域內(nèi)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它常用于測(cè)定聚合物的熔融熱、結(jié)晶度以及等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)參數(shù)，測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg；研究聚合、固化、交聯(lián)、分解等反應(yīng)；測(cè)定其反應(yīng)溫度

2、或反應(yīng)溫區(qū)、反應(yīng)熱、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)等，業(yè)已成為高分子研究方法中不可缺少的重要手段之一。一、目的和要求了解差示掃描量熱法的基本原理及應(yīng)用范圍，掌握測(cè)定聚合物熔點(diǎn)、結(jié)晶度、結(jié)晶溫度及其熱效應(yīng)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理DSC和DTA的曲線模式基本相似。它們都是以樣品在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)為檢測(cè)基礎(chǔ)的，由于一般的DTA方法不能得到能量的定量數(shù)據(jù)。于是人們不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，直到有人設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立的量熱器皿的平衡。從而使測(cè)量試樣對(duì)熱能的吸收和放出（以補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的參比基準(zhǔn)物的熱量來(lái)表示）成為可能。這兩個(gè)量熱器皿都置于程序控溫的條件下。采取封閉回路的形式，能精確、迅速測(cè)定熱容和熱焓，這種設(shè)計(jì)就叫做差示掃描

3、量熱計(jì)。DSC體系可分為兩個(gè)控制回路。一個(gè)是平均溫度控制回路，另一個(gè)是差示溫度控制回路。在平均溫度控制回路中，由程序控溫裝置中提供一個(gè)電信號(hào)，并將此信號(hào)于試樣池和參比池所需溫度相比較，與之同時(shí)程度控溫的電信號(hào)也接到記錄儀進(jìn)行記錄?，F(xiàn)在看一下程序溫度與兩個(gè)測(cè)量池溫度的比較和控制過(guò)程。比較是在平均放大器內(nèi)進(jìn)行的，程序信號(hào)直接輸入平均放大器，而兩個(gè)測(cè)量池的信號(hào)分別由固定在各測(cè)量池上的鉑電阻溫度計(jì)測(cè)出，通過(guò)平均溫度計(jì)算器加以平均后，再輸入平均溫度放大器。經(jīng)比較后，如果程序溫度比兩個(gè)測(cè)量池的平均溫度高，則由放大器分別輸入更多的電功率給裝在兩個(gè)測(cè)量池上的獨(dú)立電熱器以提高它們的溫度。反之，則減少

4、供給的電功率，把它們的溫度降到與程序溫度相匹配的溫度。這就是溫度程序控制過(guò)程。DSC與DTA所不同的是在測(cè)量池底部裝有功率補(bǔ)償器和功率放大器。因此在示差溫度回路里，顯示出DSC和DTA截然不同的特征，兩個(gè)測(cè)量池上的鉑電阻溫度計(jì)除了供給上述的平均溫度信號(hào)外，還交替地提供試樣池和參比池的溫度差值△T。輸入溫度差值放大器。當(dāng)試樣產(chǎn)生放熱反應(yīng)時(shí)，試樣池的溫度高于參比池，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，經(jīng)差熱放大器放大后送入功率補(bǔ)償放大器。在補(bǔ)償功率作用下，補(bǔ)償熱量隨試樣熱量變化，即表征試樣產(chǎn)生的熱效應(yīng)。因此實(shí)驗(yàn)中補(bǔ)償功率隨時(shí)間（溫度）的變化也就反映了試樣放熱速度（或吸熱速度）隨時(shí)間（溫度）的變化，這就是DS

5、C曲線。它與DTA曲線基本相似，但其縱坐標(biāo)表示試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)的速度（熱流率），單位為毫卡（毫焦）/秒，橫坐標(biāo)是時(shí)間或溫度，即dH/dt—t（時(shí)間或溫度T）曲線（見圖6-2）。圖6-2dH/dt—t（時(shí)間t或溫度T）曲線同樣規(guī)定吸熱峰向下，放熱峰向上，對(duì)曲線峰經(jīng)積分，可得試樣產(chǎn)生的熱量△H。1．DSC與DTA的差別DSC與DTA相比，雖然曲線相似，但表征有所不同。DTA測(cè)定的是試樣與參比物的溫度差，而DSC測(cè)定的是功率差△Hc,功率差直接反應(yīng)了熱量差△Hc，這是DSC進(jìn)行定量測(cè)試的基礎(chǔ)。在DTA方法中，當(dāng)試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，△T≠0，此時(shí)樣品的實(shí)際溫度已不是程序升溫所控制的溫度，這就產(chǎn)

6、生了樣品和基準(zhǔn)物溫度的不一致。由于樣品池與參比池在一起，物質(zhì)之間只要存在溫度差，二差之間就會(huì)有熱傳遞，因此給定量帶來(lái)困難，在DSC方法中，樣品的熱量變化由于隨時(shí)得到補(bǔ)償。樣品與參比物無(wú)溫差△T=0，二物質(zhì)間無(wú)熱傳遞。因此在DSC測(cè)試中不管樣品有無(wú)效應(yīng)，它都能按程序控制進(jìn)行升、降溫。而最重要的是在DTA中儀器常數(shù)K（主要表征的是熱傳導(dǎo)率）是溫度的函數(shù)，即儀器的量熱靈敏度隨溫度的升高而降低，所以它在整個(gè)溫度范圍內(nèi)是——變量，需經(jīng)多點(diǎn)標(biāo)定，而DSC中K值與溫度無(wú)關(guān)，是單點(diǎn)標(biāo)定。2、DSC曲線的標(biāo)定（1）溫度的標(biāo)定DSC與DTA一樣，同樣需要對(duì)溫度進(jìn)行標(biāo)定，由于DSC求測(cè)的是樣品產(chǎn)生的熱效

7、應(yīng)與溫度的關(guān)系，因此儀器溫度示值的標(biāo)準(zhǔn)性非常重要。當(dāng)然儀器在出廠之時(shí)進(jìn)行過(guò)校正。但在使用過(guò)程中儀器的各個(gè)方面會(huì)發(fā)生一些變化，使溫度的示值出現(xiàn)誤差。為提高數(shù)據(jù)的可靠性，需要經(jīng)常對(duì)儀器的溫度進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的方法是采用國(guó)際熱分析協(xié)會(huì)規(guī)定的已知熔點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（見表1）。99.999％的高純銦、高純錫、高純鉛在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行儀器標(biāo)定，具體方法是將幾種標(biāo)準(zhǔn)物分別在DSC儀上進(jìn)行掃描。如果某物質(zhì)的DSC曲線上的熔點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)不相符。說(shuō)明儀器溫度示值在該溫區(qū)出現(xiàn)誤差。此時(shí)需調(diào)試儀