DSC差示扫描量热仪实验室教学课件_精品文档.ppt
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重要热分析技术：
差热分析差热分析（DTA=DifferentialThermalAnalysis）差示扫描量热法差示扫描量热法（DSC）热重分析热重分析（TGA=ThermogravimetricAnalysis）逸出气体分析逸出气体分析（EGA=EvolvedGasAnalysis）热机械分析热机械分析（TMA=ThermomechanicalAnalysis）动态热机械分析仪动态热机械分析仪（DMA=DynamicMechanicalAnalysis）热光分析热光分析（TOA=ThermoopticalAnalysis）化学发光化学发光（TCL=Thermochemiluminescence）差示扫描量热仪差示扫描量热仪DSC基本原理基本原理在程序温度（升降恒温及其组合）过程中在程序温度（升降恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物，测量样品与参考物之间的之间的热流差热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
玻璃化转变玻璃化转变熔融、结晶熔融、结晶熔融热、结晶热熔融热、结晶热共熔温度、纯度共熔温度、纯度物质鉴别物质鉴别多晶型多晶型相容性相容性热稳定性、氧化稳定性热稳定性、氧化稳定性反应动力学反应动力学热力学函数热力学函数液相、固相比例液相、固相比例比热比热DSC原理原理应用：
应用：
热流型热流型DSCK=f（温度温度,热阻热阻,材料性质材料性质,）样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡由于热阻的存在，参比与样品之间的温度差（由于热阻的存在，参比与样品之间的温度差（T）与热流差成一定）与热流差成一定的比例关系。
将的比例关系。
将T对时间积分，可得到热焓：
对时间积分，可得到热焓：
硬件部分气体出口气体出口空气冷却空气冷却保护气氛保护气氛参比参比样品样品热流传感器热流传感器炉腔炉腔机械冷却机械冷却吹扫气氛吹扫气氛液氮液氮/气氮冷却气氮冷却DSC204F1结构结构气体：
气体：
两路吹扫气，一路保护气两路吹扫气，一路保护气可实现气体的自由切换可实现气体的自由切换制冷方式：
制冷方式：
空气制冷空气制冷室温室温机械制冷机械制冷-85液氮制冷液氮制冷-180DSC的前身是差热分析的前身是差热分析DTA差热曲线峰的形成差热曲线峰的形成记录的是温差信号记录的是温差信号峰面积没有热焓意义峰面积没有热焓意义DSCvsDTA工作原理差别工作原理差别DTADSC只能测试只能测试T信号，无法建立信号，无法建立H与与T之间的联系之间的联系测试测试T信号，并建立信号，并建立H与与T之间的联系之间的联系DSC传感器传感器DTA/SDTA传感器传感器DSCvsDTA传感器的结构差别传感器的结构差别DSC传感器类型传感器类型ttmmtttt传感器，响应速度最快，具有非常理想的峰分离能力传感器，响应速度最快，具有非常理想的峰分离能力mmmm传感器，传感器，灵敏度为普通传感器的十几倍灵敏度为普通传感器的十几倍DSC附件附件为了适应千变万化的各种样品，避为了适应千变万化的各种样品，避免样品与坩埚材料之间的不相兼容，免样品与坩埚材料之间的不相兼容，配备了多种不同材质不同特点的坩配备了多种不同材质不同特点的坩埚。
埚。
其中的几种坩埚图示如下：
其中的几种坩埚图示如下：
DSC的类型及其基本原理的类型及其基本原理DSC的类型：
根据所用测量方法的不同，分为根据所用测量方法的不同，分为：
热流型热流型（HeatFlux）（HeatFlux）功率补偿型功率补偿型（PowerCompensation）（PowerCompensation）调制热流型调制热流型（ModulatedHeatFlux）（ModulatedHeatFlux）热流型热流型（HeatFlux）（HeatFlux）在给予样品和参比品在给予样品和参比品相同的功率相同的功率下，测定样品和下，测定样品和参比品两端的参比品两端的温差温差TT，然后根据热流方程，将然后根据热流方程，将TT（温差）换算成（温差）换算成QQ（热量差）作为信号的输出。
（热量差）作为信号的输出。
热流型热流型DSCDSC与与DTADTA仪器十分相似，是一种定量的仪器十分相似，是一种定量的DTADTA仪器。
仪器。
不不同同之之处处在在于于试试样样与与参参比比物物托托架架下下，置置一一电电热热片片，加加热热器器在在程程序序控控制制下下对对加加热热块块加加热热，其其热热量量通通过过电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀。
电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀。
特点：
特点：
基线稳定基线稳定高灵敏度高灵敏度热流式热流式DSC-DSC-工作原理工作原理假设假设:
1,1,传感器绝对对称，传感器绝对对称，TfsTfs=TfrTfr，RsRs=RrRr=R=R2,2,样品和参比端的热容相等样品和参比端的热容相等CprCpr-Cps-Cps3,3,样品和参比的加热速率永远相同样品和参比的加热速率永远相同4,4,样品盘及参比盘的质量（热容）相等样品盘及参比盘的质量（热容）相等5,5,样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或热样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或热阻相等阻相等功率补偿型功率补偿型（PowerCompensation）（PowerCompensation）在样品和参比品始终在样品和参比品始终保持保持相同温度相同温度的条件下，的条件下，测测定定为满足此条件样品和参比品两端所需的为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差能量差，并直接作为信号并直接作为信号QQ（热量差）（热量差）输出。
输出。
DSC功功率率补补偿偿型型功率补偿的原理功率补偿的原理当试样发生热效应时，如放热，试样温度高当试样发生热效应时，如放热，试样温度高于参比物温度，放置在它们下面的一组差于参比物温度，放置在它们下面的一组差示热电偶产生温差电势，经差热放大器放示热电偶产生温差电势，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使试样下器自动调节补偿加热丝的电流，使试样下面的电流减小，参比物下面的电流增大。
面的电流减小，参比物下面的电流增大。
降低试样的温度，增高参比物的温度，使降低试样的温度，增高参比物的温度，使试样与参比物之间的温差试样与参比物之间的温差T趋与零。
上述趋与零。
上述热量补偿能及时、迅速完成，使试样和参热量补偿能及时、迅速完成，使试样和参比物的温度始终维持相同。
比物的温度始终维持相同。
动态零位平衡原理零位平衡原理样品与参比物温度，不品与参比物温度，不论样品是吸品是吸热还是放是放热，两者的温度差都两者的温度差都趋向零。
向零。
T=0-单位位时间给样品的品的热量量-单位位时间给参比物的参比物的热量量-热焓变化率化率DSCDSC测定定的的是是维持持样品品与与参参比比物物处于于相相同同温温度度所所需需要要的的能能量量差差W（）,反反映映了了样品品热焓的的变化。
化。
功率补偿型功率补偿型DSCDSC仪器的主要特点仪器的主要特点q1.1.试试样样和和参参比比物物分分别别具具有有独独立立的的加加热热器器和和传传感感器器。
整整个个仪仪器器由由两两套套控控制制电电路路进进行行监监控控。
一一套套控控制制温温度度，使使试试样样和和参参比比物物以以预预定定的的速速率率升升温温，另另一一套套用来补偿二者之间的温度差。
用来补偿二者之间的温度差。
q2.2.无无论论试试样样产产生生任任何何热热效效应应，试试样样和和参参比比物物都都处处于于动动态态零零位位平平衡衡状状态态，即即二二者者之之间间的的温温度度差差TT等等于于00。
这是这是DSCDSC和和DTADTA技术最本质的区别。
技术最本质的区别。
高高分分辨辨率率更更快快的的响响应应时时间间和和冷冷却却速速度度精精确确的的温温度度控控制制和和测测量量特点特点DSC仪器校正仪器校正-基本概念基本概念温度校正温度校正热电偶测量温度与样品实际温度之间存在一定偏离热电偶测量温度与样品实际温度之间存在一定偏离坩埚导热性能坩埚导热性能气氛的导热性能气氛的导热性能热电偶的老化程度热电偶的老化程度其偏离程度取决于：
其偏离程度取决于：
多点拟合法多点拟合法测试多个不同熔点的标准物质，将实测熔点（测试多个不同熔点的标准物质，将实测熔点（DSC,DTA,cDTA.）与相应理论熔点作比较，得到温度校正）与相应理论熔点作比较，得到温度校正曲线（曲线（TT）。
只有采用多点拟合法才能实现准确的温度校正只有采用多点拟合法才能实现准确的温度校正温度校正温度校正灵敏度校正灵敏度校正适用仪器：
适用仪器：
DSCDSC，STASTA（DSC-TGDSC-TG联用）联用）灵敏度校正灵敏度校正参比热电偶与样品热电偶之间的信号差参比热电偶与样品热电偶之间的信号差仪器仪器V*s/mgmW*s/mgJ/g实际物理意义上的热效应（热焓）实际物理意义上的热效应（热焓）灵敏度校正：
灵敏度系数灵敏度校正：
灵敏度系数V/mW校正方法：
多点拟合法、比热法校正方法：
多点拟合法、比热法多点拟合法（热焓校正）多点拟合法（热焓校正）测试多个不同熔点的标准物质，将熔融实测信号测试多个不同熔点的标准物质，将熔融实测信号V*s/mg与与熔融热焓熔融热焓mW*s/mg作比较，得到温度校正曲线（作比较，得到温度校正曲线（V/mWT）。
）。
灵敏度校正灵敏度校正比热法（热流校正）比热法（热流校正）使用比热标样，以使用比热标样，以“样品样品+修正修正”模式（基线扣除模式）进行模式（基线扣除模式）进行动态升温测试，使用各温度下的动态升温测试，使用各温度下的DSC相对信号高度（单位相对信号高度（单位v/mg）与）与Cp*HR（单位（单位mW/mg）进行比较计算，得到灵敏）进行比较计算，得到灵敏度曲线：
度曲线：
比热法适用范围：
金属炉体（比热法适用范围：
金属炉体（Pt,PtRh,Ag等，不适用于等，不适用于SiC炉体）炉体）不透明坩埚（不透明坩埚（PtRh、Al、石墨等，不用、石墨等，不用Al2O3坩埚）坩埚）灵敏度校正灵敏度校正DSC仪器维护仪器维护仪器操作仪器操作l仪器可一直处于开机状态，尽量避免频繁开机关机仪器可一直处于开机状态，尽量避免频繁开机关机l仪器应至少提前仪器应至少提前1小时开机小时开机l尽量避免在仪器极限温度尽量避免在仪器极限温度附近进行恒温操作附近进行恒温操作l试验完成后，必须等炉温降到试验完成后，必须等炉温降到200C以下后才能打开炉体以下后才能打开炉体样品与坩埚样品与坩埚l测试样品及其分解物绝对不能与测量坩锅发生反应测试样品及其分解物绝对不能与测量坩锅发生反应具体措施：
具体措施：
实验前应对样品的组成有大致了解实验前应对样品的组成有大致了解如有危害性气体产生，实验要加大吹扫气的用量如有危害性气体产生，实验要加大吹扫气的用量l测试样品及其分解物不能对传感器测试样品及其分解物不能对传感器、热电偶造成污染热电偶造成污染铝坩锅测试，测试终止温度不能超过铝坩锅测试，测试终止温度不能超过600C绝对避免使用铂坩锅进行测试金属样品绝对避免使用铂坩锅进行测试金属样品金属样品的测试需查蒸气压温度表格金属样品的测试需查蒸气压温度表格DSC炉体已经发生污染：
炉体已经发生污染：
清洗步骤：
清洗步骤：
1.使用棉花棒蘸上酒精轻轻擦洗使用棉花棒蘸上酒精轻轻擦洗2.使用大流量惰性吹扫气氛空烧至使用大流量惰性吹扫气氛空烧至600C3.在日常使用温度范围内进行基线的验证测试。
在日常使用温度范围内进行基线的验证测试。
若基线正常无峰，传感器一般仍可继续使用。
若基线正常无峰，传感器一般仍可继续使用。
4.使用标样使用标样In与与Zn进行温度与灵敏度的验证测试，若温度与进行温度与灵敏度的验证测试，若温度与热焓较理论值发生了较大偏差，需要重新进行校正。
热焓较理论值发生了较大偏差，需要重新进行校正。
污染清理污染清理热分析实验技巧适宜实
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