《差示扫描量热仪dsc曲线解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《差示扫描量热仪dsc曲线解析（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 1差示扫描量热差示扫描量热DSCDSC技术简介技术简介Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of SciencesSeminar ISeminar I2 2热分析热分析国际热分析协会（国际热分析协会（ICTA)ICTA)热分析定义：热分析定义： 在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。系的一种技术。3 3DSCICTA ICTA 热分析方法的九类热分析方法的九类质量质量温度温度热量热量尺寸尺寸力学力学声学声学光学光学电学电学磁学磁学Differential S
2、canning Calorimeter Differential Scanning Calorimeter 4 4基本原理基本原理基线与仪器校正基线与仪器校正实验的影响因素实验的影响因素应用实例应用实例PerKin ElmerPerKin Elmer Pyris 1 DSC Pyris 1 DSC5 56 6仪器简要说明仪器简要说明Pyris 1 DSCPyris 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。是功率补偿差示扫描量热仪。 DSCDSC按程序升温，经历样品材料的各种转变如熔按程序升温，经历样品材料的各种转变如熔 化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究样品的化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究
3、样品的 吸热和放热反应。吸热和放热反应。仪器应用范围仪器应用范围可用于测量包括高分子材料在内的固体、液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。温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热。7 7仪器性能指标仪器性能指标温度范围：温度范围：-170725-170725 C C 样品量：样品量：0.50.5到到30mg30mg 量热灵敏度：量热灵敏度：0.20.2微瓦微瓦 温度精度：温度精度：0.010.01 C C 加热速率：加热速率：0.15000.1500 C/minC/min
4、 量热精度：量热精度：0.1%0.1%8 8DSCDSC的基本原理的基本原理9 9功率补偿型功率补偿型(Power C(Power Compensationompensation) )在样品和参比品始终在样品和参比品始终保持相同温度的条件下保持相同温度的条件下，测定为满测定为满 足此条件样品和参比品两端所需的能量差足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为并直接作为 信号信号 Q Q（热量差）（热量差）输出。输出。热流型热流型(Heat Flux)(Heat Flux)在给予样品和参比品在给予样品和参比品相同的功率下相同的功率下，测定样品和参比品测定样品和参比品 两端的温差两端的温差 T
5、 T，然后根据热流方程，将然后根据热流方程，将 T T（温差）换（温差）换 算成算成 Q Q（热量差）作为信号的输出。（热量差）作为信号的输出。1010FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinum Resistance HeaterHeat Sink热流型 DSC功率补偿型 DSCSample量热仪内部示意图量热仪内部示意图1111热流型 DSC功率补偿型 DSC工作原理简图工作原理简图1212dQ/dt = dQ/dT dQ/dt = dQ/dT dT/dt dT/dt Q Q ：热量：热量 t t ：
6、时间：时间 T T ：温度：温度dQ/dtdQ/dt： 纵坐标信号，纵坐标信号，mWmW；dT/dt dT/dt ：程序温度变化速率，：程序温度变化速率， C/min;C/min;纵坐标信号的大小与升温速度成正比纵坐标信号的大小与升温速度成正比1313功率补偿型 DSC的优点 精确的温度控制和测量 更快的响应时间和冷却速度 高分辨率SampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink1414 基线稳定 高灵敏度Sample热流型 DSC的优点1515 Identical Indium Sample R
7、un on Heat Flux and Power Compensation DSC1616 Multiple Scans of Indium, Showing Precision1717热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、 微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参 比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均 涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的 电绝缘性，并最大程度地降低热阻。电绝缘性，并最大程度地降低热
8、阻。 复合型复合型DSCDSC1818复合型复合型DSCDSC通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块 底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。 热流差则由微加热器进行快速功率补偿并热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为作为DSCDSC信信 号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行 输出。输出。这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳 定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨
9、率。1919特特 点点1. 1.保留热流型保留热流型DSCDSC的均温块结构，以保持基线的稳的均温块结构，以保持基线的稳 定和高灵敏度；定和高灵敏度；2. 2.配置功率补偿式配置功率补偿式DSCDSC的感应器以获得高分辨率；的感应器以获得高分辨率；复合型复合型DSCDSC2020基线与仪器的校正基线与仪器的校正2121基线的重要性基线的重要性1. 1.样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区 分；分；2. 2.样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；3. 3.平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算
10、的基础。如何得到理想的基线如何得到理想的基线n n干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；n n选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；n n进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。基基 线线2222校正的含义校正的含义 校正温度与能量的对应关系校正温度与能量的对应关系 校正的原理校正的原理 方法：测定标准物质，使测定值等于理论值方法：测定标准物质，使测定值等于理论值 手段：手段：能量能量、温度区间、温度绝对值温度区间、温度绝对值 什么时候需要校正什么时候需要校正 1. 1. 样品池进行过清
11、理或更换样品池进行过清理或更换 2. 2. 进行过基线最佳化处理后进行过基线最佳化处理后仪器的校正仪器的校正2323实验中的影响因素实验中的影响因素2424扫描速度的影响扫描速度的影响灵敏度随扫描速度提高而增加灵敏度随扫描速度提高而增加分辨率随扫描速度提高而降低分辨率随扫描速度提高而降低技巧：技巧：增加样品量得到所要求的灵敏度增加样品量得到所要求的灵敏度低扫描速度得到所要求的分辨率低扫描速度得到所要求的分辨率2525 扫描速度的影响扫描速度的影响2626样品制备的影响样品制备的影响样品几何形状：样品几何形状：样品与器皿的紧密接触样品与器皿的紧密接触样品皿的封压：样品皿的封压：底面平整、样品不外
12、露底面平整、样品不外露合适的样品量：合适的样品量：灵敏度与分辨率的折中灵敏度与分辨率的折中27271. 1. 用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；2. 2. 操作温度过高（铝样品皿，温度操作温度过高（铝样品皿，温度600600）；）；3. 3. 样品池底部电接头短路和开路；样品池底部电接头短路和开路；4. 4. 样品未被封住，引起样品池污染。样品未被封住，引起样品池污染。仪器损坏的主要来源仪器损坏的主要来源2828DSCDSC应用举例应用举例n n共混物的相容性共混物的相容性n n热历史效应热历史效应n n结晶度的表征结晶度的表征n n增塑剂的影响增塑剂的影
13、响n n固化过程的研究固化过程的研究2929共混物的相容性PE/PP BlendPP PEEndothermic Range:40 mW20C/minHeating Rate: Rate:50Temperature()200Heat Flow3030 热历史效应Polyester高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结 及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖 于温度，因而和高分子的热历史有关。于温度，因而和高分子的热历史有关。当高分子加热到当高分子加热到TgTg以上，局部链段的运动使分以上，局部链段的运动
14、使分 子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时 释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。 3131 结晶度的表征u测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。 u%结晶度 = Hm / Href3232u两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线，明显地看到吸热峰的不 同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。结晶度的表征可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。 u3333增塑剂的影响Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11 Heat Fl
15、ow100Temperature ()220PlasticizedUnplasticized增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分 子玻璃态转化温度Tg和熔融温度Tm的影响。u一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。u3434固化过程的研究uTg 、固化起点、 固化完成、 固化热u最大固化速率Heat FlowTgCureOnset of CureDSC Results on Epoxy Resin0Temperature()300Heat Flow3535uuDSC Tg As Function of CureTemperatureHeat FlowLess Cured
16、More Cured固化过程的研究随着固化度（交联度）的增加，Tg上升交联后高分子分子量增加3636uuuDecrease in Cure Exotherm As Resin Cure IncreaseTemperatureHeat FlowLess CuredMore Cured固化过程的研究固化度高的环氧树脂，固化热小。环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。DSC是评估固化度的有力工具。3737高分子鉴别高分子鉴别热处理效应热处理效应晶区结构变化晶区结构变化物理老化过程物理老化过程3838解析解析DSCDSC曲线涉及的技术面和知识面曲线涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用 DSCDSC以外的其他热分析手段，如以外的其他热分析手段，如DSC-TGDSC-TG联联 用。同时，还可以与用。同时，还可以与DSC-GCDSC-GC，DSCDSCIRIR等
