差示扫描量热仪(DSC
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dsc差示扫描量热仪
dsc差示扫描量热仪DSC差示扫描量热仪引言DSC（差示扫描量热仪）是一种常用的热分析仪器，用于研究材料的热性质。
本文将介绍DSC差示扫描量热仪的工作原理、应用领域以及使用方法。
一、工作原理DSC差示扫描量热仪通过测量材料在给定温度条件下吸收或释放的热量，来研究材料的热性质。
它通过两个样品盒，一个装有待测样品，另一个装有参比样品，将两个盒子作为DSC差示扫描量热仪的工作单元。
当加热或冷却待测样品和参考样品时，测量样品和参考样品之间的温度差异，然后将差异转换为相应的热信号。
二、应用领域DSC差示扫描量热仪在许多领域中都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 材料科学：DSC差示扫描量热仪可以通过研究材料的热性质，如熔点、晶型转变、玻璃转变等，来评估材料的稳定性和性能。
2. 化学反应研究：DSC差示扫描量热仪可以用于观察和分析化学反应的热效应，如催化反应、聚合反应等。
3. 制药行业：DSC差示扫描量热仪可以用于评估药物的热稳定性和热解动力学，并提供药物的储存和运输条件。
4. 食品科学：DSC差示扫描量热仪可以用于研究食品中的物理和化学变化，如水分含量、相变和氧化反应等。
5. 聚合物研究：DSC差示扫描量热仪可以用于研究聚合物的热行为，如玻璃化转变、热固化反应等。
三、使用方法使用DSC差示扫描量热仪需要以下步骤：1. 样品准备：准备待测样品和参考样品，并保证其质量和纯度。
2. 样品安装：将待测样品和参考样品分别装入两个样品盒，并校准样品盒的温度。
3. 实验参数设置：根据实验需求设置加热或冷却速率、温度范围等实验参数。
4. 数据采集和分析：启动DSC差示扫描量热仪，开始数据采集，并对采集到的数据进行分析和解释。
5. 结果解释：根据数据分析结果，解释样品的热性质，并得出相应的结论。
四、常见问题与解决方法在使用DSC差示扫描量热仪过程中，可能会遇到一些常见问题，下面列出了一些常见问题及其解决方法：1. 样品溢出：样品过量或装载不当可能导致样品溢出。
差示扫描量热法(DSC)
2 设定实验条件
包括升温、降温速率和温度范围等，根据反应条件进行调整。
3 记录数据
自动化记录实验数据，并生成相应的曲线图像和热力学参数。
应用领域
差示扫描量热法广泛应用于化学、药品、食品、材料等领域，用于研究反应动力学、相变、热稳定 性、材料性能等问题。
1
化学领域
研究化学反应热力学、动力学、催化作用、聚合反应等。
吸热反应
反应过程中吸收热量，导致温 度下降，被量热计测量为正信 号。
基线
参比物和样品在无反应条件下 的基线，用于校正信号。
仪器和操作流程
差示扫描量热仪由样品盒、参比盒、控温系统、传感器和计算机组成。操作流程包括样品制备、 调试仪器、设定实验条件、记录数据、数据分析。
1 样品制备
样品必须纯净、均匀、充分干燥，以确保实验结果准确可靠。
2
材料领域
研究材料的热稳定性、热膨胀系数、晶体相变等。
3
药品领域
研究药品的热稳定性、储存条件、配方优化、反应动力学等。
优点和局限性
差示扫描量热法相比其他热学技术具有高灵敏度、快速、高精度、不需样品分离等优点，但也存在信号 干扰、噪声较大、基线不稳定等局限性。
优点
高灵敏度、高精度、
局限性
信号干扰、噪声较大、基线不稳定、不能确 定速率控制步骤。
案例研究
差示扫描量热仪可以用来研究化合物溶解和结晶过程、聚合反应、材料热稳定性等问题。
化合物溶解
结晶反应
研究葡萄糖在水中的溶解过程， 获得了其热力学参数。
观察钠乙酰丙酸盐的晶体化过 程，得到了其热力学曲线。
聚合反应
探究丙烯酸甲酯聚合反应的热 效应及反应动力学参数。
差示扫描量热法(DSC)
包括升温、降温速率和温度范围等，根据反应条件进行调整。
3 记录数据
自动化记录实验数据，并生成相应的曲线图像和热力学参数。
应用领域
差示扫描量热法广泛应用于化学、药品、食品、材料等领域，用于研究反应动力学、相变、热稳定 性、材料性能等问题。
1
化学领域
研究化学反应热力学、动力学、催化作用、聚合反应等。
吸热反应
反应过程中吸收热量，导致温 度下降，被量热计测量为正信 号。
基线
参比物和样品在无反应条件下 的基线，用于校正信号。
仪器和操作流程
差示扫描量热仪由样品盒、参比盒、控温系统、传感器和计算机组成。操作流程包括样品制备、 调试仪器、设定实验条件、记录数据、数据分析。
1 样品制备
样品必须纯净、均匀、充分干燥，以确保实验结果准确可靠。
2
材料领域
研究材料的热稳定性、热膨胀系数、晶体相变等。
3
药品领域
研究药品的热稳定性、储存条件、配方优化、反应动力学等。
优点和局限性
差示扫描量热法相比其他热学技术具有高灵敏度、快速、高精度、不需样品分离等优点，但也存在信号 干扰、噪声较大、基线不稳定等局限性。
优点
高灵敏度、高精度、
局限性
信号干扰、噪声较大、基线不稳定、不能确 定速率控制步骤。
案例研究
差示扫描量热仪可以用来研究化合物溶解和结晶过程、聚合反应、材料热稳定性等问题。
化合物溶解
结晶反应
研究葡萄糖在水中的溶解过程， 获得了其热力学参数。
观察钠乙酰丙酸盐的晶体化过 程，得到了其热力学曲线。
聚合反应
探究丙烯酸甲酯聚合反应的热 效应及反应动力学参数。
差示扫描量热法(DSC)
差示扫描量热法(DSC)
DTA存在的两个缺点： 1 ）试样在产生热效应时，升温速率是非线性 的，从而使校正系数 K值变化，难以进行定量； 2 ）试样产生热效应时，由于与参比物、环境 的温度有较大差异，三者之间会发生热交换， 降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。 →使得差热技术难以进行定量分析，只能进行定 性或半定量的分析工作。
热 流
温度→
2. 气氛的影响
气氛的成分对DSC曲线的影响很大，可以被氧化 的试样在空气或氧气氛中会有很大的氧化放热峰， 在氮气或其它惰性气体中就没有氧化峰了。 对于不涉及气相的物理变化，如晶型转变、熔融、 结晶等变化，转变前后体积基本不变或变化不大， 则压力对转变温度的影响很小，DSC峰温基本不变； 但对于放出或消耗气体的化学反应或物理变化，压 力对平的温度有明显的影响，则DSC峰温有较大的 变化，如热分解、升华、汽化、氧比、氢还原等。
5
DSC基本结构
DSC基本原理
将有物相变化的样品和在所测定温度范围内不发生相 变且没有任何热效应产生的参比物，在相同的条件下进行 等温加热或冷却，当样品发生相变时，在样品和参比物之 间就产生一个温度差。放置于它们下面的一组差示热电偶 即产生温差电势UΔT，经差热放大器放大后送入功率补偿 放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使 样品和参比物之间温差趋于零，两者温度始终维持相同。 此补偿热量即为样品的热效应，以电功率形式显示于记录 仪上。
功率补偿型(Power Compensation) 在样品和参比物始终保持相同温度的条件下，测定 为满足此条件样品和参比物两端所需的能量差，并 直接作为信号Q（热量差）输出。 热流型(Heat Flux) 在给予样品和参比物相同的功率下，测定样品和参 比物两端的温差T，然后根据热流方程，将T（温 差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。
差示扫描量热仪(DSC分析解析
料热历史 • 以10℃/min将温度降到预期的结晶温度Tefc以下30或50℃ • 再以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃测定Tm • 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程 常用测试标准： ISO 11357-3-2011,ASTM E794-06(2012)，ASTM D3418-12ε1、GB 19466.3-2004
q--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个Δ T的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容Cf, 一定导致样品端温度高于参比端而产生一个Δ T，这些Δ T 都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之为热 阻热容的不平衡
DSC典型综合图谱
玻璃化转 变
结晶
氧化 或分解
熔化
交联 (固化)
热流 -> 放热
温度
DSC曲线
热焓变化率， 热流率(heat flowing)，
单位为毫瓦（mW）
吸收热量，样品热容增加， 基线发生位移
结晶，放出热量，放热峰； 晶体熔融，吸热，吸热峰
一般在DSC热谱图中，吸热(endothermic)效应用凸起的峰 值来表征 (热焓增加)，放热(exothermic)效应用反向的峰值 表征(热焓减少)。
-4
157.77°C
-6 80
Exo Up
100
120
140
Temperature (°C)
160
180
Universal V4.3A TA Instruments
q--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个Δ T的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容Cf, 一定导致样品端温度高于参比端而产生一个Δ T，这些Δ T 都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之为热 阻热容的不平衡
DSC典型综合图谱
玻璃化转 变
结晶
氧化 或分解
熔化
交联 (固化)
热流 -> 放热
温度
DSC曲线
热焓变化率， 热流率(heat flowing)，
单位为毫瓦（mW）
吸收热量，样品热容增加， 基线发生位移
结晶，放出热量，放热峰； 晶体熔融，吸热，吸热峰
一般在DSC热谱图中，吸热(endothermic)效应用凸起的峰 值来表征 (热焓增加)，放热(exothermic)效应用反向的峰值 表征(热焓减少)。
-4
157.77°C
-6 80
Exo Up
100
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Temperature (°C)
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Universal V4.3A TA Instruments
差示扫描量热仪(DSC课件
为，可以评估聚合物的热稳定性。
在DSC曲线上，聚合物的热分解表现为一个明显的质 量损失峰。通过分析峰的位置和形状，可以了解聚合
物的热稳定性及其影响因素。
合金的熔点和结晶温度
合金是由两种或多种金属或非金属元素组成的混合物。合 金的熔点和结晶温度对其加工、使用和回收等过程具有重 要影响。
DSC可以用于研究合金的熔点和结晶温度。通过在程序控 温下对合金进行加热和冷却，观察其相变行为，可以测量 合金的熔点和结晶温度。
02
放置样品和参比物于样 品架上，确保样品和参 比物重量相等。
03
开始实验，记录实验数 据。
04
实验结束后，关闭仪器 电源，取出样品和参比 物。
实验后处理
数据处理
对实验数据进行处理和分析，提取所需的信息 。
仪器清洁
对仪器进行清洁和维护，确保仪器性能稳定和 延长使用寿命。
结果报告
根据实验结果编写报告，并给出相应的结论和建议。
确保仪器各部件连接牢固，特别是电源线和信号 线。
3
记录使用情况
每次使用后，应记录仪器使用情况，包括实验参 数、样品信息等，以便于后续数据分析。
常见故障排除
温度不上升
检查加热元件是否正常 工作，加热电源是否正 常供电。
温度波动大
检查恒温水浴是否正常 工作，水路是否畅通。
曲线漂移
检查仪器接地是否良好 ，周围是否存在干扰源 。
多功能化
未来的DSC将集成多种测量技术，如热重分析、红外光谱等，实现多 参数同时测量，提高实验效率和准确性。
环保节能
随着环保意识的提高，DSC将采用更加节能和环保的设计，如采用低 能耗的加热元件和传感器，降低实验过程中的能耗和排放。
2023 WORK SUMMARY
在DSC曲线上，聚合物的热分解表现为一个明显的质 量损失峰。通过分析峰的位置和形状，可以了解聚合
物的热稳定性及其影响因素。
合金的熔点和结晶温度
合金是由两种或多种金属或非金属元素组成的混合物。合 金的熔点和结晶温度对其加工、使用和回收等过程具有重 要影响。
DSC可以用于研究合金的熔点和结晶温度。通过在程序控 温下对合金进行加热和冷却，观察其相变行为，可以测量 合金的熔点和结晶温度。
02
放置样品和参比物于样 品架上，确保样品和参 比物重量相等。
03
开始实验，记录实验数 据。
04
实验结束后，关闭仪器 电源，取出样品和参比 物。
实验后处理
数据处理
对实验数据进行处理和分析，提取所需的信息 。
仪器清洁
对仪器进行清洁和维护，确保仪器性能稳定和 延长使用寿命。
结果报告
根据实验结果编写报告，并给出相应的结论和建议。
确保仪器各部件连接牢固，特别是电源线和信号 线。
3
记录使用情况
每次使用后，应记录仪器使用情况，包括实验参 数、样品信息等，以便于后续数据分析。
常见故障排除
温度不上升
检查加热元件是否正常 工作，加热电源是否正 常供电。
温度波动大
检查恒温水浴是否正常 工作，水路是否畅通。
曲线漂移
检查仪器接地是否良好 ，周围是否存在干扰源 。
多功能化
未来的DSC将集成多种测量技术，如热重分析、红外光谱等，实现多 参数同时测量，提高实验效率和准确性。
环保节能
随着环保意识的提高，DSC将采用更加节能和环保的设计，如采用低 能耗的加热元件和传感器，降低实验过程中的能耗和排放。
2023 WORK SUMMARY
差示扫描量热法dsc起始温度热事件
差示扫描量热法dsc起始温度热事件差示扫描量热法（DSC）是一种用于研究材料热性能的分析技术。
它通过比较样品与参考物质之间的热力学性质差异来研究材料的热行为。
DSC可以用来研究相变、热分解、熔融和玻璃化等热事件。
在DSC 实验中，常常需要测定样品的起始温度、终止温度和热事件峰值等参数。
本文将介绍DSC的原理和应用，以及如何测定样品的起始温度和热事件。
一、DSC的原理1. DSC是如何工作的DSC仪器包括一个样品盒和一个参考盒，它们分别装入样品和参考物质。
在实验过程中，样品和参考物质被置于恒温设备中，通过加热或冷却来改变温度。
当样品和参考物质发生热事件时，它们吸收或释放热量，导致样品和参考物质的温度发生变化。
DSC测定的是样品和参考物质之间的温度差异，从而得到材料的热学性质。
2. DSC曲线的含义DSC曲线通常包括热流曲线和温度曲线。
热流曲线是用来表示样品和参考物质之间的热量变化，而温度曲线则是表示样品和参考物质的温度变化。
根据这两个曲线，我们可以得到材料的热容、相变温度、热分解温度等重要信息。
二、DSC的应用1.材料研究DSC广泛应用于材料研究领域，可以用来研究材料的热性能和热行为。
通过DSC实验，科学家可以了解材料的热容、热分解温度、熔融温度等重要参数，为材料的设计和改进提供重要参考。
2.药物分析在制药工业中，DSC也被广泛应用于药物的研究和开发。
通过DSC 实验，可以了解药物的热降解温度、热吸收量等参数，为药物的稳定性和保存条件提供重要参考。
三、测定样品的起始温度和热事件1.测定起始温度测定样品的起始温度是DSC实验的重要步骤之一。
起始温度是指样品发生热事件的温度，通常可以通过观察DSC曲线的谷底来确定。
在谷底处，样品和参考物质的热量变化最为显著，可以用来确定起始温度。
2.测定热事件除了测定起始温度外，还需要测定样品的热事件。
热事件是指样品发生热分解、相变、熔融等过程，通常可以通过观察DSC曲线的峰值来确定。
差示扫描量热仪(DSC教材
0
156.70°C 28.54J/g
Heat Flow (W/g)
-2
-4
157.77°C
-6 80
Exo Up
100
120
140
160
180
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
高分子聚合物熔融温度范围较为宽广，在整个熔融过程中可能伴有复杂 的熔融/重结晶/晶型调整过程，高分子的熔点通常取峰值温度
应用实例：混合物和共聚物的定性检测
1
1
0
2
PE
Heat Flow (W/g)
PP
3
-1
-2
PP+PE
-3 20
Exo Up
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Temperature (°C)
Universal V4.3A TA Instruments
在聚丙烯与聚乙烯共混物中它们各自保持了自身的熔 融特性，因此呈现出PP与PE的熔点
应用：监控产品质量
0.0
-0.5
H44°C
––––––– ––––
DSC-PP.001 DSC--共聚PP.001
-1.5
-2.0
167.04°C
-2.5 20
Exo Up
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Temperature (°C)
Universal V4.3A TA Instruments
-0.7
1.0
差示扫描量热仪(DSC分析解析
应用实例：混合物和共聚物的定量检测
Sample: PP:PE=4.00:6.65 Size: 10.6500 mg
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PP PE.001 Operator: Jenner Run Date: 21-Dec-2009 18:03 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
-0.7
1.0
-0.8
-0.9
0.5 70
Exo Up
-1.0 90 110
Temperature (°C)
Universal V3.8A TA Instruments
[ ––––– · ] Heat Flow (mW)
Heat Capacity (J/g/°C)
测量、报道玻璃化转变
• • 玻璃化转变永远是一个温度范围。 与玻璃化转变相关的分子运动是有温度依赖性的。因此，Tg随着 加热速率或者测试频率（MDSC, DMA等）的增加而提高。 • 当需要报道玻璃化温度时候，一定要说明测试方法（DSC、DMA
等等）、实验条件（加热速率、样品尺寸等等）以及Tg是如何确
定的(1/2Cp的中点，或者是拐点，或者是求导后的峰值)。
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变是可逆的
玻璃化转变温度测定的推荐程序
• 样品用量10~15毫克 • 以20℃/min加热至Tg以上30或50℃ • 以最快速度或20℃/min将温度降到Tg以下30或50℃
DSC的基础公式
假设: 1, 传感器绝对对称，Tfs = Tfr， Rs = Rr = R 2, 样品和参比端的热容相等Cpr=Cps 3, 样品和参比的加热速率永远相同 4, 样品盘及参比盘的质量（热容）相等 5, 样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或者热阻相等
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热分析实验技巧 – 样品用量
• 样品量小：减小样品内的温度梯度，测得特征温度较低更“真实”；有利 于气体产物扩散，减少化学平衡中的逆向反应；相邻峰（平台）分离能 力增强，但 DSC 灵敏度有所降低。
• 样品量大：能提高 DSC 灵敏度，但峰形加宽，峰值温度向高温漂移， 相邻峰（平台）趋向于合并在一起，峰分离能力下降；且样品内温度梯 度较大，气体产物扩散亦稍差。
•根据以上数据计算固化度： •DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht=(225.43J/g-37.490J/g)*100/ 225.43J/g=83%
• 第三章 实验技巧
• 升温速率 • 样品用量 • 灵敏度与分辨率 • 样品粒度与堆积方式 • 气氛 • 坩埚类型的选择 • 坩埚加盖与否的选择
•
2, 样品和参比端的热容相等Cpr=Cps
•
3, 样品和参比的加热速率永远相同
•
4, 样品盘及参比盘的质量（热容）相等
•
5, 样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或者热阻
• 相q等--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
• 实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个ΔT的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容 Cf,一定导致样品端温度高于参比端而产生一个ΔT，这些 ΔT都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之 为热阻热容的不平衡
应用：监控产品质量
•M&M巧克力，不溶在手，只溶在口
DSC应用：玻璃化转变
•是否所有物质都存在玻璃化转变？ •什么是玻璃化转变？
玻璃化转变(Tg)
• 玻璃化转变：无定形或半结晶聚合物，从黏流态 或高弹态向玻璃态的转变温度
• 无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达 到它们的玻璃化转变，被冻结的分子微布朗运动 开始，因而热容变大，DSC基线向吸热一侧偏移
热分析实验技巧 – 气氛
• 提高惰性吹扫气体的流量，有利于气体产物的扩散，有利化学反应向正 反应方向发展，减少逆反应；但带走较多的热量，降低灵敏度。
• 对于需要气体切换的反应（如反应中从惰性气氛切换为氧化性气氛）， 提高气体流量能缩短炉体内气体置换的过程。
• 不同的气体流量，影响到升温过程中的浮力效应与对流、湍流效应，影 响到 TG 的基线漂移。因此对TG测试必须确保气体流量的稳定性，不同 的气氛需要作单独的基线测试（浮力效应修正）
• 热阻抗的不 • 热容量的
平衡部分
不平衡部
分
• 加热速率的 不平衡部分
▪ 如上因素，我们需要测量仪器整个温度范围内，样品端和参比端 热阻和热容随温度变化的数值。并且要把这些不平衡因素消除。 我们把这种测量称之为T0校正，其实叫热阻热容测量更准确。
• 第二章 DSC在高分子材料的应用
• 应用
聚苯乙烯(PS)玻璃化转变温度时热熔与热流的变化
•测量、报道玻璃化转变
• 玻璃化转变永远是一个温度范围。 • 与玻璃化转变相关的分子运动是有温度依赖性的。因此，Tg随着
加热速率或者测试频率（MDSC, DMA等）的增加而提高。 • 当需要报道玻璃化温度时候，一定要说明测试方法（DSC、DMA
等等）、实验条件（加热速率、样品尺寸等等）以及Tg是如何确 定的(1/2Cp的中点，或者是拐点，或者是求导后的峰值)。
差示扫描量热仪(DSC
•第一章 DSC基本原理
• DSC定义
•
程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中品所吸收 •
与释放出的热量
• Q200
• DSC炉子
• 原理
• DSC监测样品和参比温度差（热区，当样品没有热变化 的时候，样品端和参比端的温度均按照预先设定的温度 变化，温差ΔT=0。
热分析实验技巧 – 升温速率
• 快速升温：易产生反 应滞后，样品内温度 梯度增大，峰（平台 ）分离能力下降；对 DSC 其基线漂移较 大，但能提高灵敏度 。
• 慢速升温：有利于 DTA、DSC、DTG相 邻峰的分离；TG相 邻失重平台的分离； DSC 基线漂移较小 ，但灵敏度下降。
•对于 TG 测试，过快的升温速率有时会导致丢失某些中间产 物的信息。一般以较慢的升温速率为宜。 •对于 DSC 测试，在传感器灵敏度足够的情况下，一般也以 较慢的升温速率为佳。
• 对于动态气氛，根据实际反应需要选择惰性（N2, Ar, He）、氧化性（ O2, air）、还原性（H2, CO）与其他特殊气氛（CO2, H2O, SO2, CH4, 腐蚀性气氛如 Cl2、F2等），并安排气体之间的混合、切换关系。
• 对比惰性与氧化性气氛中的不同现象，可区别高分子的热裂解与热氧化 裂解。
• 熔点是晶体将其物态由固态转变（熔化）为液态的过程中 固液共存状的温度。
• 结晶聚合物如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等材料.
熔融与结晶
表征熔融的四个参数： 1.吸热峰峰值 2.初始熔融温度 3.吸热峰面积 4.熔融结束温度
表征结晶的两个参数： 1.放热峰峰值 2.放热峰面积
•决
定 •物质的性
质
温速率对两者影响都大，因此在热效应微弱的情况下，常以选择较 慢的升温速率（保持良好的分辨率），而以适当增加样品量来提高 灵敏度。
热分析实验技巧 – 样品粒度与堆积方式
• 样品粒度小：比表面大，加速表面反应，加速热分解；堆积较紧密， 内部导热良好，温度梯度小，DSC、DTG 的峰温和起始温度均有所降 低。
一般在 DSC 与热天平的灵敏度足够的情况下，亦以较小的样品量为宜。
热分析实验技巧 – 灵敏度与分辨率
一对矛盾：灵敏度 ←→ 分辨率 • 如何提高灵敏度，检测微弱的热效应：提高升温速率，加大样品量
。 • 如何提高分辨率，分离相邻的峰（平台）：使用慢速升温速率，小
的样品量。 • 由于增大样品量对灵敏度影响较大，对分辨率影响较小，而加快升
分解的一种相对度量。
• DSC应用：固化度的测定
•树脂基体固化程度,用DSC的实验结果表示为试样在某个条件下测 出的固化反应热与未固化试样完全固化的总反应热之比的百分数 •DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht =(1- H/Ht) 100% •Ht：未固化样品的完全固化总的反应热 •H：样品的固化反应热 •测试标准：ASTM E2160-04(2012)和HB 7614-1998
对于TG测试（气固反应，或有气体产物逸出的热分解反应），若样品量 较大堆积较高，则根据实际情况适当选择堆积紧密程度。
热分析实验技巧 – 气氛
• 根据实际需要选择动态气氛、静态气氛或真空气氛。 • 静态、动态与真空比较：静态下气体产物扩散不易，分压升高，反应移
向高温；且易污染传感器。真空下加热源（炉体）与样品之间唯有通过 辐射传热，温度差较大。一般非特殊需要，推荐使用动态吹扫气氛。
• 为防止不期望的氧化反应，对某些测试必须使用惰性的动态吹扫气氛。
• 气氛惰性的相对性：某些惰性气氛如 N2，在高温下亦可能与某些样品 发生反应。此时应考虑使用“纯”惰性气氛（Ar, He）
• 气氛选择的安全性问题：应考虑气氛是否会与热电偶、坩埚等发生反应 ；注意防止爆炸和中毒。
热分析实验技巧 – 坩埚类型的选择
• 样品堆积紧密：内部导热良好，温度梯度小；缺点是与气氛接触稍差 ，气体产物扩散稍差，可能对气固反应及生成气态产物的化学平衡略 有影响。
• 样品在坩埚底部铺平：有利于降低热电偶与样品间的温度差。
一般在灵敏度允可的情况下选择较小的样品量，对块状样品切成薄片或碎 粒，对粉末样品使其在坩埚底部铺平成一薄层。
玻璃化转变分析
•聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变分析
•聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变是可逆的
玻璃化转变温度测定的推荐程序
• 样品用量10~15毫克 • 以20℃/min加热至Tg以上30或50℃ • 以最快速度或20℃/min将温度降到Tg以下30或50℃ • 再以20℃/min加热测定Tg • 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程
• 常用坩埚类型：Al, Al2O3, PtRh
• 特殊坩埚类型： PtRh+Al2O3, Steel, Graphite, Cu, Ag, Au, Quartz 等
热分析实验技巧 – 坩埚类型的选择
• 根据不同的温度范围选择各具特点的不同坩埚。 • 根据不同的测试与反应类型选择各具特点的不同坩埚
• 常用惰性气氛导热性：He >> N2 > Ar • 选择导热性较好的气氛，有利于向反应体系提供更充分的热量，降低样
品内部的温度梯度，降低反应温度，提高反应速率；能使峰形变尖变窄 ，提高分辨率，使峰温向低温方向漂移；在相同的冷却介质流量下能加 快冷却速率；缺点是会降低 DSC 灵敏度。 • 不同导热性能的气氛，需要作单独的温度与灵敏度标定。
•定
性
•定 量
•峰的形 状
•峰的数 目
•峰的位 置
DSC测定熔点推荐程序
• 样品用量5~10mg • 以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃，以消除材
料热历史 • 以10℃/min将温度降到预期的结晶温度Tefc以下30或50℃ • 再以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃测定Tm • 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程 常用测试标准： ISO 11357-3-2011,ASTM E794-06(2012)，ASTM
• 当样品发生变化如熔融，提供给样品的热量都用来维持 样品的熔融，参比端温度仍按照炉体升温，参比端温度