1、DSC（差示掃描量熱法）基本原理

　　DSC（差示掃描量熱法）是在程序溫度（升/降/恒溫及其組合）過(guò)程中，測(cè)量樣品與參考物之間的熱流差，以表征所有與熱效應(yīng)有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化。

　　2、典型應(yīng)用

玻璃化轉(zhuǎn)變

相容性

熔融、結(jié)晶

熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性

熔融熱、結(jié)晶熱

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

共熔溫度、純度

熱力學(xué)函數(shù)

物質(zhì)鑒別

液相、固相比例

多晶型

比熱

　　3、DSC與DTA是什么關(guān)系？

　　DSC的前身是差熱分析DTA，我簡(jiǎn)單介紹下工作原理的區(qū)別：

　　DTA呢，只能測(cè)試△T信號(hào)，無(wú)法建立△H與△T之間的聯(lián)系；而DSC測(cè)試△T信號(hào)，并建立△H與△T之間的聯(lián)系。

　　4、DSC測(cè)試需要注意哪些條件？

　　主要有如下幾點(diǎn)：升溫速率、樣品用量、制樣方式、實(shí)驗(yàn)氣氛、坩堝的選取、樣品溫度控制（STC）、DSC基線。

　　5、升溫速率有哪些影響，有沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的升溫速率？

快速升溫

慢速升溫

使DSC峰形變大

有利于相鄰峰或相鄰失重平臺(tái)的分離

特征溫度向高溫漂移

DSC/DTA峰形較小

相鄰峰或失重臺(tái)階的分離能力下降

-

　　熱分析領(lǐng)域常用而標(biāo)準(zhǔn)的升溫速率是10K/min。

　　利用多個(gè)不同升溫速率下得到的一系列測(cè)試結(jié)果，可進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

　　在存在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)路徑的情況下，不同的升溫速率得到的終產(chǎn)物組成可能不同。

　　6、一般DSC測(cè)試需要多少樣品，樣品量對(duì)DSC測(cè)試有哪些影響呢？

　　并不是說(shuō)樣品量多或者少就一定好，這個(gè)與目標(biāo)分析結(jié)果有關(guān)

樣品量小

樣品量大

所測(cè)特征溫度較低，更“真實(shí)”

峰值溫度向高溫漂移

有利于氣體產(chǎn)物擴(kuò)散

樣品內(nèi)溫度梯度較大，氣體產(chǎn)物擴(kuò)散亦稍差

相鄰峰（平臺(tái)）分離能力增強(qiáng)

峰分離能力下降

DSC峰形也較小

峰形加寬

-

能增大DSC檢測(cè)信號(hào)

　　一般情況下，以較小的樣品量為宜。熱分析常用的樣品量為5～15mg。

　　在樣品存在不均勻性的情況下，可能需要使用較大的樣品量才具有代表性。

　　7、在DSC測(cè)試表征過(guò)程中，如何同時(shí)選擇合適的升溫速率和樣品量呢？

　　（1）提高對(duì)微弱的熱效應(yīng)的檢測(cè)靈敏度：提高升溫速率，加大樣品量；

　?。?）提高微量成份的熱失重檢測(cè)靈敏度：加大樣品量；

　?。?）提高相鄰峰（失重平臺(tái)）的分離度：慢速升溫速率，小的樣品量。

　　8、對(duì)于不同條件的DSC樣品，如何選擇合適的制樣方式？

　?。?）塊狀樣品：建議切成薄片或碎粒；

　?。?）粉末樣品：使其在坩堝底部鋪平成一薄層；

　?。?）堆積方式：一般建議堆積緊密，有利于樣品內(nèi)部的熱傳導(dǎo)；對(duì)于有大量氣體產(chǎn)物生成的反應(yīng)，可適當(dāng)疏松堆積。

　　9、DSC測(cè)試的氣氛分哪些類，有何應(yīng)用區(qū)別？

　　氣氛主要是動(dòng)態(tài)氣氛、靜態(tài)氣氛和真空3類，可以從以下三點(diǎn)來(lái)分別：

　　（1）從保護(hù)天平室與傳感器、防止分解物污染的角度，一般推薦使用動(dòng)態(tài)吹掃氣氛；

　　（2）對(duì)于高分子TG測(cè)試，在某些場(chǎng)合使用真空氣氛，能夠降低小分子添加劑的沸點(diǎn)，達(dá)到分離失重臺(tái)階的目的；

　　（3）若需使用真空或靜態(tài)氣氛，須保證反應(yīng)過(guò)程中的釋出氣體無(wú)危害性。

　　在不同的氣氛條件下，結(jié)果有時(shí)候也是不同的，我們舉個(gè)“NR/SBR橡膠中增塑劑的分解”的例子：

　　將NR/SBR共混橡膠材料，在N2氣氛下按照標(biāo)準(zhǔn)的TG方法進(jìn)行分析，增塑劑的失重量為9.87%。（增塑劑失重與橡膠分解臺(tái)階有較大重疊）

　　將該樣品在真空下進(jìn)行測(cè)試，由于增塑劑沸點(diǎn)的降低，揮發(fā)溫度與橡膠分解溫度拉開距離，得到了更準(zhǔn)確的增塑劑質(zhì)量百分比：13.10%。

　　10、DSC測(cè)試的常用氣氛和特殊氣氛有哪些？

　　常用氣氛：

　　N2：常用惰性氣氛；

　　Ar：惰性氣氛，多用于金屬材料的高溫測(cè)試；

　　He：惰性氣氛，因其導(dǎo)熱性好，有時(shí)用于低溫下的測(cè)試；

　　Air：氧化性氣氛，可作反應(yīng)氣氛；

　　O2：強(qiáng)氧化性氣氛，一般用作反應(yīng)氣氛；

　　特殊氣氛（如H2、CO、HCl等）：

　　考慮氣氛在測(cè)試所達(dá)到的最高溫度下是否會(huì)與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng)，注意防止爆炸和中毒；

　　通過(guò)改變測(cè)試氣氛（如真空-氮?dú)?空氣），有助于深入剖析材料成分。

　　11、DSC都有哪些坩堝，他們有什么區(qū)別？

　　為了適應(yīng)千變?nèi)f化的各種樣品，避免樣品與坩堝材料之間的不相兼容，設(shè)備供應(yīng)商配備了多種不同材質(zhì)不同特點(diǎn)的坩堝，其中幾種坩堝圖示如下：

　　常用坩堝：Al，Al2O3，PtRh。

　　其它坩堝：PtRh+Al2O3，Steel，Cu，Graphite，ZrO2，Ag，Au，Quartz等。

　　壓力坩堝：中壓坩堝，高壓坩堝。

Al坩堝

傳熱性好，靈敏度、峰分離能力、基線性能等均佳

　　溫度范圍較窄（<600℃）

　　用于中低溫型DSC測(cè)試

　　可用于比熱測(cè)試

PtRh坩堝

傳熱性好，靈敏度高、峰分離能力、基線性能佳

　　溫度范圍寬廣

　　適于精確測(cè)量比熱

　　易與熔化的金屬樣品形成合金

　　清洗與回收：可使用氫氟酸浸泡清洗

Al2O3坩堝

樣品適應(yīng)面廣，其靈敏度、峰分離能力、基線漂移等較PtRh差

　　溫度范圍寬廣（可用于高溫1650℃）

　　不適于測(cè)定比熱

　　易與部分無(wú)機(jī)熔融樣品（如硅酸鹽、氧化鐵等）反應(yīng)或擴(kuò)散滲透

　　清洗與回收：可使用王水與氨水浸泡清洗

Cu坩堝

對(duì)塑料的氧化有催化作用，有時(shí)用于氧化誘導(dǎo)期（O.I.T.）測(cè)試

中壓與高壓坩堝

適用：揮發(fā)性液體樣品，液相反應(yīng)，需要維持氣體分壓的封閉體系反應(yīng)

　　中壓坩堝最高使用壓力20bar

　　高壓坩堝為100bar

　　溫度較低、揮發(fā)物壓力不太大時(shí)，可用密閉壓制的Al坩堝代替

　　12、DSC測(cè)試中坩堝加蓋與否如何選擇？

　　首先要知道坩堝加蓋的優(yōu)缺點(diǎn)以及坩堝蓋扎孔的目的

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

扎孔的目的

有利于體系內(nèi)部溫度均勻

減少了反應(yīng)氣氛與樣品的接觸

保證樣品與氣氛一定接觸

減少輻射效應(yīng)與樣品顏色的影響

產(chǎn)物氣體不易帶走

允許一定程度的氣固反應(yīng)

防止微細(xì)樣品粉末飛揚(yáng)，或在抽取真空過(guò)程中被帶走

導(dǎo)致反應(yīng)體系壓力較高

允許氣體產(chǎn)物隨動(dòng)態(tài)氣氛帶走

有效防止傳感器受到污染

保持坩堝內(nèi)外壓力平衡

　?。?）物理效應(yīng)測(cè)試（熔融、結(jié)晶、相變等DSC測(cè)試），通常選擇加蓋坩堝；

　　（2）未知樣品，出于安全性考慮，通常選擇加蓋坩堝；

　　（3）氣固反應(yīng)（如氧化誘導(dǎo)期測(cè)試或吸附反應(yīng)），使用不加蓋敞口坩堝；

　?。?）液相反應(yīng)，易揮發(fā)樣品，使用加蓋壓制Al坩堝、中壓或高壓坩堝；

　?。?）有氣體生成的反應(yīng)（包括多數(shù)分解反應(yīng)）或偏重于TG的測(cè)試，在不污染損害樣品支架的 前提下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，進(jìn)行加蓋與否的選擇。

　　13、如何測(cè)試一些較微弱的、在常規(guī)條件下不易測(cè)出的玻璃化轉(zhuǎn)變？

　　按照一般的熱分析規(guī)律，可考慮加大樣品量與使用較快一些的升溫速率。

　　對(duì)于半結(jié)晶性的高分子材料，咱們?nèi)阶撸?/p>

　?。?）先升過(guò)熔點(diǎn)使樣品充分熔融；

　?。?）隨后淬冷至玻璃化溫度以下；

　?。?）再次升溫時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變較為明顯。

　　14、使用液氮進(jìn)行冷卻的降溫測(cè)試，如何使溫度曲線盡快達(dá)到線性？

　　在降溫段之前設(shè)置一個(gè)恒溫段（一般5～10min左右），將LN打開，初始流量不需很大，讓儀器在降溫之前先適應(yīng)一下LN。然后降溫段設(shè)置的流量根據(jù)情況酌情加大一些，但無(wú)需開到最大，儀器會(huì)自動(dòng)根據(jù)冷卻需要調(diào)節(jié)液氮流量。這樣就能使冷卻溫度線較快的達(dá)到線性。

　　15、鋁坩堝的加蓋與壓制有哪些實(shí)驗(yàn)技巧？

　?。?）坩堝蓋子扎孔密閉：這是常規(guī)的坩堝使用方法，它適用于固體測(cè)試，樣品可以粉末，顆粒，片狀，塊狀等等；

　?。?）坩堝蓋子扎孔，不密閉：這種方法是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法，對(duì)于節(jié)省坩堝損耗很有幫助。有些樣品做完試驗(yàn)后可以取出來(lái)且不污染坩堝，我們可以采取這種方法，不用壓機(jī)將坩堝蓋子和平盤壓死，這樣坩堝就可以重復(fù)使用了；

　?。?）敞口坩堝：即不加坩堝蓋子，它適用于需要與吹掃氣氛充分接觸的實(shí)驗(yàn)（如氧化誘導(dǎo)期測(cè)試），但由于樣品表面與流動(dòng)氣體接觸會(huì)帶走一定的熱量，量熱精度會(huì)稍低一些；

　?。?）坩堝密閉：坩堝蓋子不扎孔，用壓機(jī)將坩堝牢牢密封住，它適用于常規(guī)的液體測(cè)試。對(duì)于一些需要完全密閉，能承受更高壓力的測(cè)試，耐馳還提供專門的中壓、高壓坩堝。

　　16、DSC在操作過(guò)程中有哪些要特別注意的地方？

　　（1）儀器可一直處于開機(jī)狀態(tài)，盡量避免頻繁開機(jī)關(guān)機(jī)；

　　（2）儀器應(yīng)至少提前1小時(shí)開機(jī)；

　　（3）盡量避免在儀器極限溫度附近進(jìn)行恒溫操作；

　?。?）試驗(yàn)完成后，必須等爐溫降到200°C以下后才能打開爐體；

　?。?）測(cè)試樣品及其分解物不能對(duì)傳感器、熱電偶造成污染；

　　具體措施：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)樣品的組成有大致了解，如有危害性氣體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)要加大吹掃氣的用量；

　　（6）測(cè)試樣品及其分解物絕對(duì)不能與測(cè)量坩鍋發(fā)生反應(yīng)，具體為：

　　鋁坩鍋測(cè)試，測(cè)試終止溫度不能超過(guò)600°C；

　　絕對(duì)避免使用鉑坩鍋進(jìn)行測(cè)試金屬樣品；

　　金屬樣品的測(cè)試需查蒸氣壓～溫度表格。

　　17、爐體如果已發(fā)生污染，該如何處理？

　?。?）使用棉花棒蘸上酒精輕輕擦洗；

　?。?）使用大流量惰性吹掃氣氛空燒至600℃；

　?。?）在日常使用溫度范圍內(nèi)進(jìn)行基線的驗(yàn)證測(cè)試，若基線正常無(wú)峰，傳感器一般仍可繼續(xù)使用；

　?。?）使用標(biāo)樣In與Zn進(jìn)行溫度與靈敏度的驗(yàn)證測(cè)試，若溫度與熱焓較理論值發(fā)生了較大偏差，需要重新進(jìn)行校正。

　　資料來(lái)源：材料人。