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1、2004/4/122004/4/12导导 师：邓麦村师：邓麦村博士生：叶博士生：叶 震震差示扫描量热差示扫描量热DSC技术简介技术简介Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of SciencesSeminar ISeminar I1 1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。系

2、的一种技术。系的一种技术。2 2DSCICTA 热分析方法的九类热分析方法的九类质量质量质量质量温度温度温度温度热量热量热量热量尺寸尺寸尺寸尺寸力学力学力学力学声学声学声学声学光学光学光学光学电学电学电学电学磁学磁学磁学磁学Differential Scanning Calorimeter Differential Scanning Calorimeter 3 3基基本本原原理理基基 线线 与与 仪仪 器器 校校 正正实实 验验 的的 影影 响响 因因 素素应应用用实实例例PerKin Elmer Pyris 1 DSC4 45 5仪器简要说明仪器简要说明仪器简要说明仪器简要说明 PyrisP

3、yris 1 DSC 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。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，研究样品的化、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，研究样品的吸热和放热反应。吸热和放热反应。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仪器应用范围仪器应用范围 可用于测量包括高分

4、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。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。6 6 仪器性能指标仪器性能指标仪器性能指标仪器性能指标温度范围：温度范围：温度范围：温度范围：-170725-170725 C C样品量：样品量

5、：样品量：样品量：0.50.5到到到到30mg30mg量热灵敏度：量热灵敏度：量热灵敏度：量热灵敏度：0.20.2微瓦微瓦微瓦微瓦温度精度：温度精度：温度精度：温度精度：0.010.01 C C加热速率：加热速率：加热速率：加热速率：0.15000.1500 C/minC/min量热精度：量热精度：量热精度：量热精度：0.1%0.1%7 7DSC的基本原理的基本原理8 8功率补偿型功率补偿型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保持相同温度的条件下保持相同温度

6、的条件下，测定为满测定为满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两端的温差两端的温差 T 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

7、Q Q（热量差）作为信号的输出。（热量差）作为信号的输出。9 9FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink热流型热流型 DSC功率补偿型功率补偿型 DSCSample量热仪内部示意图量热仪内部示意图1010热流型热流型 DSC功率补偿型功率补偿型 DSC工作原理简图工作原理简图1111dQ/dtdQ/dt=dQ/dT =dQ/dT dT/dtdT/dtQ Q：热量：热量：热量：热量 t t：时间：时间：时间：时间 T T：温度：温度：温度：温度dQ/d

8、tdQ/dt：纵坐标信号，纵坐标信号，纵坐标信号，纵坐标信号，mWmW；dT/dtdT/dt ：程序温度变化速率，：程序温度变化速率，：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1212功率补偿型功率补偿型 DSC的优点的优点 精确的温度控制和测量精确的温度控制和测量 更快的响应时间和冷却速度更快的响应时间和冷却速度 高分辨率高分辨率SampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance

9、HeaterHeat Sink1313 基线稳定基线稳定 高灵敏度高灵敏度Sample热流型热流型 DSC的优点的优点1414Identical Indium Sample Run on HeatFlux and Power Compensation DSC1515Multiple Scans of Indium,Showing Precision1616 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、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，

10、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阻。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阻。复合型复合型DSC171

11、7复合型复合型DSC 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。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作为作为DSCDSC信信信信号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行

12、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。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率。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率。1818 特特特特 点点点点1.保留热流型保留热流型保留热流型保留热流型DSCDSC的均温块结构，以保持基线的稳定和的均温块结

13、构，以保持基线的稳定和的均温块结构，以保持基线的稳定和的均温块结构，以保持基线的稳定和高灵敏度；高灵敏度；高灵敏度；高灵敏度；2.配置功率补偿式配置功率补偿式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；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DSC1919基线与仪器的校正基线与仪器的校正2020基线的重要性基线的重要性基线的重要性基线的重要性1.样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；2.

14、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；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.平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。如何得到理想的基线如何得到理想的基线如何得到理想的基线如何得到理想的基线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；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

15、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；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；n进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。基基 线线2121校正的含义校正的含义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：手段：手段：能量能量能量能量、温

16、度区间、温度绝对值温度区间、温度绝对值温度区间、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.样品池进行过清理或更换样品池进行过清理或更换样品池进行过清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2222实验中的影响因素实验中的影响因素2323扫描速度的影响扫描速度的影响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：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2424扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响2525样品制备的影响