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差示掃描量熱儀（DSC）分析原理及應用

閱讀次數：5478 發布時間：2017/8/29 9:46:02

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

1.功率補償型DSC測量的基本原理
功率補償型DSC儀器的主要特點
1.試樣和參比物分別具有獨立的加熱器和傳感器見圖。整個儀器由兩套控制電路進行監控。一套控制溫度，使試樣和參比物以預定的速率升溫，另一套用來補償二者之間的溫度差。
2.無論試樣產生任何熱效應，試樣和參比物都處于動態零位平衡狀態，即二者之間的溫度差?T等于0。
這是DSC和DTA技術*本質的區別。

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加熱塊加熱，其熱量通過電熱片同時對試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。

3.DSC曲線

縱坐標：熱流率
橫坐標：溫度T （或時間t）
峰向上表示吸熱
向下表示放熱
在整個表觀上，除縱坐標軸的單位之外，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用于定量測試，因此實驗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.實驗條件：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.實驗條件的影響（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。
實際中，升溫速率Φ的影響是很復雜的，對溫度的影響在很大程度上與試樣的種類和轉變的類型密切相關。

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定量測定中，*主要的熱力學參數是熱焓。一般認為Φ對熱焓值的影響是很小的，但是在實際中并不都是這樣。

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

（2）.氣氛
1.實驗時，一般對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DSC峰溫和熱焓值的影響。實際上，氣氛的影響是比較大的。

2.如在He氣氛中所測定的起始溫度和峰溫比較低，這是由于爐壁和試樣盤之間的熱阻下降引起的，因為He的熱導性約是空氣的5倍，溫度響應比較慢，而在真空中溫度響應要快得多。

（3）試樣特性的影響
1.試樣用量：不宜過多，多會使試樣內部傳熱慢，溫度梯度大，導致峰形擴大、分辨力下降。

（4）試樣粒度
影響比較復雜。
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。
但是當結晶的試樣研磨成細顆粒時，往往由于晶體結構的歪曲和結晶度的下降也可導致相類似的結果。
對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，發現試樣幾何形狀的影響十分明顯。對于高聚物，為了獲得比較精確的峰溫值，應該增大試樣與試樣盤的接觸面積，減少試樣的厚度并采用慢的升溫速率。

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