差示扫描量热仪DSC曲线解析
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差示扫描量热曲线解析
食品添加剂的热行为研究
总结词
差示扫描量热曲线解析可以用于食品添加剂的热行为研究，通过分析食品添加剂在加热 过程中的热量变化，了解其热分解温度、熔点等性质，为食品加工和保藏提供指导。
详细描述
食品添加剂在食品加工和保藏过程中会受到高温的影响，其热稳定性对于食品质量和安 全具有重要意义。通过差示扫描量热曲线解析，可以了解食品添加剂的热分解温度、熔 点等性质，从而为食品加工和保藏提供指导。这对于保证食品质量和安全具有重要意义。
混合材料的热分析
确定各组分的熔点和结晶 度
通过比较DSC曲线上的峰和已知纯物质的熔 点数据，可以推断混合物中各组分的熔点和 结晶度。
评估组分间的相互作用
如果混合物中各组分之间存在相互作用，DSC曲线 上可能会出现新的峰或峰的形状发生变化。
计算组分含量
通过比较DSC曲线上的峰面积和已知纯物质 的峰面积数据，可以计算混合物中各组分的 含量。
1 2 3
联用光谱技术
结合差示扫描量热技术与光谱技术，如红外光谱、 拉曼光谱等，实现多信息同步获取。
联用显微技术
结合差示扫描量热技术与显微技术，如扫描电子 显微镜、原子力显微镜等，实现微观尺度上的热 性能分析。
联用质谱技术
结合差示扫描量热技术与质谱技术，如飞行时间 质谱、离子淌度质谱等，实现对挥发性成分的快 速分析。
03 差示扫描量热曲线的解析方法
CHAPTER
单一材料的热分析
01
02
03
确定材料熔点
通过观察DSC曲线的峰， 可以确定材料熔点的温度 范围。
判断结晶度
结晶度高的材料在DSC曲 线上表现出明显的熔点峰， 而结晶度低或无定形材料 则无明显熔点峰。
检测热稳定性
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
120
140
Temperature (°C)
160
180
Universal V4.3A TA Instruments
dsc差示扫描量热 曲线
dsc差示扫描量热曲线
DSC是差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry）的缩写，是一种常用的热分析技术。
DSC仪器会对样品施加一定
的温度程序，同时测量样品与参比物之间的温差所引起的热流量变化，从而得到样品的热性质信息。
DSC曲线通常显示了样品的热流量与温度之间的关系。
典型
的DSC曲线显示了试样和参比样品在一定温度范围内的热流
量差异。
DSC曲线主要包括以下几个特征：
1. 基线：样品和参比物在相同温度下的热流量基本相等，形成水平的基线。
2. 起始点：曲线上的起始点对应样品与参比物之间开始发生物理或化学变化的温度。
3. 峰值：曲线上的峰值对应样品与参比物之间发生最大热反应的温度。
4. 结束点：曲线上的结束点对应样品与参比物之间停止发生热反应的温度。
通过分析DSC曲线，可以得到样品的熔融温度、晶体化温度、玻璃化转变温度、峰面积、焓变等热性质信息，从而了解样品的材料特性、热稳定性、反应动力学等。
dsc曲线看结晶化
dsc曲线看结晶化
DSC（差示扫描量热仪）曲线可以用来观察材料的结晶化过程。
结晶化是材料从无序状态向有序状态转变的过程，通常由于温度升高导致。
以下是观察DSC曲线中的结晶化过程的一些常
见特征：
1. 起始点：在DSC曲线上，结晶化过程通常以一个起始点开始。
这个起始点代表材料中的结晶发生的温度。
在起始点之前，材料处于非结晶状态。
2. 爬坡段：DSC曲线上的爬坡段是结晶化过程的初始阶段。
在这个阶段，材料开始释放热量，温度逐渐升高。
这是因为结晶化是一个放热过程。
3. 峰值：当材料达到结晶化的最高点时，DSC曲线上将出现
一个峰值。
这个峰值代表结晶化过程中热量的最大释放。
在峰值之后，材料开始逐渐冷却。
4. 终点：结晶化过程最终会在一个终点结束，DSC曲线上不
再有明显的峰值。
此时，材料中大部分的结晶已经发生。
通过分析DSC曲线上的特征，可以确定材料的结晶化温度、
结晶度和结晶化速率等信息。
这对于研究材料的热性质、物理性质和加工性能等方面都具有重要意义。
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
差示扫描量热仪DSC曲线解析
剑峰
材料结晶或玻璃化时的峰。这 种曲线形状表明材料的固态形 态。
独立峰
不同物质的相互作用所导致的 峰。它可以用来分析材料的化 学反应和相互作用。
材料热性能参数的计算和解释
熔点
材料从固态转变为液态的温度。
热焓变化
材料在相变过程中吸收或释放 的热量。
玻璃化温度
非晶态材料变得坚硬的温度。
DSC曲线的典型应用案例
DSC曲线可以应用于材料研究、药物开发、食品分析等领域。例如，我们可以利用DSC分析材料的纯度、配 方优化和稳定性。
DSC曲线分析中常见的问题和挑战
基线漂移
由于仪器或样品的不稳定性导致的曲线偏移。
峰重叠
不同峰之间的重叠使峰的解析和分析变得困难。
数据解释
正确解读曲线和热性能参数的意义，需要深入的知识和经验。
DSC曲线的基本原理
1 测温原理
DSC通过测量样品和参比样品的温度差异来分析热性能。
2 测量技术
通过控制样品的温度和记录热流差异的变化来生成DSC曲线。
3 参比校准
参比样品的选择和校准对于准确的热性能分析至关重要。
常见DSC曲线图案及解析
端点峰
材料熔点或冷凝点所导致的峰。 它可以确定材料的相变温度。
总结和结论
DSC曲线分析是研究材料热性能的重要工具。通过充分理解和解析DSC曲线，我们可以获取有关材料的关键 信息，为材料设计和工业应用提供指导。
差示扫描量热仪DSC曲线 解析
差示扫描量热仪（DSC）是一种常用于研究材料热性能的仪器。通过分析 DSC曲线，我们可以深入了解材料的热行为和性描量热仪（DSC）是一种测量样品与参比样品之间的热流差异的仪器。利用DSC曲线，我们可以研究 材料的热性能，如熔点、固化温度和热焓变化。
dsc曲线计算熔化焓 解释说明以及概述
dsc曲线计算熔化焓解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在解释和说明使用DSC（差示扫描量热法）曲线计算熔化焓的方法和意义。
熔化焓是指物质由固态转变为液态时吸收或释放的热量，具有重要的理论和应用价值。
通过DSC技术可以获得样品在升温过程中的热流数据，并从中计算出熔化焓，从而了解材料的相变特性和稳定性。
1.2 文章结构本文分为四个主要部分：引言、DSC曲线计算熔化焓的解释说明、熔化焓计算实例以及总结与讨论。
在引言部分，我们将简要介绍文章的目的，并概述后续内容。
紧接着，我们将详细讨论如何使用DSC曲线来计算熔化焓，包括相关原理和计算方法。
然后，我们将给出一个实例来阐明具体操作步骤和数据分析过程，并解释结果的意义。
最后，在总结与讨论部分，我们将对实验结果进行总结，并展开对其影响因素及未来可能的进一步研究方向进行讨论。
1.3 目的本文旨在帮助读者了解DSC技术及其在熔化焓计算中的应用。
我们将详细介绍DSC的基本原理和操作步骤，阐述熔化焓的定义与意义，并阐明通过分析DSC曲线如何计算得到熔化焓值。
同时，通过具体实例展示熔化焓计算方法的实际应用与结果解释。
通过本文，读者将能够掌握使用DSC曲线计算熔化焓的基本技巧，并能进一步应用于自己感兴趣的领域。
2. DSC曲线计算熔化焓的解释说明2.1 DSC简介差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，简称DSC）是一种常用的热分析技术，广泛应用于材料科学和化学领域。
通过对样品施加控制温度程序，DSC可以检测到样品在不同温度下吸放热量的变化，并将其转化为曲线图谱。
2.2 熔化焓的定义与意义熔化焓指的是物质从固态向液态转变时吸收或释放的热量。
它是描述物质熔化过程中能量变化的重要参数。
熔化焓可以用来表征物质的热稳定性、晶体结构以及材料相变等性质，在材料科学和工程中具有重要意义。
2.3 DSC曲线中熔化焓的计算方法在DSC曲线中，样品在升温过程中会发生物理或化学反应引起吸放热效应，其中包括了物质发生熔融现象。
差示扫描量热仪DSC曲线解析知识分享
质量
尺寸
光学
温度
力学
电学
热量
声学
磁学
DSC Differential Scanning Calorimeter
4
PerKin Elmer Pyris 1 DSC
基本原理 基线与仪器校正 实验的影响因素 应用实例
5
6
仪器简要说明 Pyris 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。
DSC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 吸热和放热反应。
10
量热仪内部示意图
Sample
Platinum Alloy PRT Sensor
Platinum Resistance Heater
Heat Sink
Reference
Sample
Furnace
Thermocouples
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
11
工作原理简图
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
16
Multiple Scans of Indium, Showing Precision
复合型DSC
17
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 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 电绝缘性，并最大程度地降低热阻。
22
仪器的校正
校正的含义 校正温度与能量的对应关系
校正的原理 方法：测定标准物质，使测定值等于理论值 手段：能量、温度区间、温度绝对值
什么时候需要校正 1. 样品池进行过清理或更换 2. 进行过基线最佳化处理后
23
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12
dQ/dt = dQ/dT dT/dt Q ：热量 t ：时间 T ：温度 dQ/dt： 纵坐标信号，mW； dT/dt ：程序温度变化速率，C/min;
纵坐标信号的大小与升温速度成正比
13
功率补偿型 DSC的优点
Sample
Platinum Alloy PRT Sensor
Platinum Resistance Heater
22
仪器的校正
校正的含义 校正温度与能量的对应关系
校正的原理 方法：测定标准物质，使测定值等于理论值 手段：能量、温度区间、温度绝对值
什么时候需要校正 1. 样品池进行过清理或更换 2. 进行过基线最佳化处理后
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
23
实验中的影响因素
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扫描速度的影响
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 技巧： 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
仪器应用范围 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 温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热。
7
仪器性能指标
温度范围： 样品量： 量热灵敏度： 温度精度： 加热速率： 量热精度：
-170~725C 0.5到30mg 0.2微瓦 ±0.01C 0.1~500C/min ±0.1%
10
量热仪内部示意图
Sample
Platinum Alloy PRT Sensor
Platinum Resistance Heater
Heat Sink
Reference
Sample
Furnace
Thermocouples
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
11
工作原理简图
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
28
DSC应用举例
共混物的相容性 热 历 史 效 应 结晶度的表征 增塑剂的影响 固化过程的研究
共混物的相容性
29
Heat Flow
Range:
40 mW
Heating Rate: 20°C/min
Endothermic
PE/PP Blend
PE PP
50
Temperature(℃)
200
30
质量
尺寸
光学
温度
力学
电学
热量
声学
磁学
DSC Differential Scanning Calorimeter
4
PerKin Elmer Pyris 1 DSC
基本原理 基线与仪器校正 实验的影响因素 应用实例
5
6
仪器简要说明 Pyris 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。
DSC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 吸热和放热反应。
热历史效应
Polyester
高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结 及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖 于温度，因而和高分子的热历史有关。
当高分子加热到Tg以上，局部链段的运动使分 子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时 释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。
31
结晶度的表征
Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences
Seminar I1
差示扫描量热DSC技术简介
2
热分析
国际热分析协会（ICTA)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
系的一种技术。
3
ICTA 热分析方法的九类
复合型DSC
特点 1. 保留热流型DSC的均温块结构，以保持基线的稳定和
高灵敏度； 2. 配置功率补偿式DSC的感应器以获得高分辨率；
20
基线与仪器的校正
21
基线
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； 2. 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。 如何得到理想的基线 干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气； 选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难； 进行基线最佳化操作。
8
DSC的基本原理
9
功率补偿型(Power Compensation) 在样品和参比品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品两端所需的能量差，并直接作为 信号Q（热量差）输出。
热流型(Heat Flux) 在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品 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。
复合型DSC
18
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。 热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为DSC信 号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行 输出。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。
19
u 一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。
Unplasticized Plasticized
Heat Flow
100
Temperature (℃)
220
Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11
固化过程的研究
34
u Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热 u 最大固化速率
Temperature
DSC Tg As Function of Cure
固化过程的研究
36
u 固化度高的环氧树脂，固化热小。 u 环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。 u DSC是评估固化度的有力工具。
Heat Flow
Less Cured More Cured
Temperature
Decrease in Cure Exotherm As Resin Cure Increase
37
高分子鉴别 热处理效应 晶区结构变化 物理老化过程
38
解析DSC曲线涉及的技术面和知识面 较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用 DSC以外的其他热分析手段，如DSC-TG联 用。同时，还可以与DSC-GC，DSC－IR等 技术联用。
39
谢 谢！
Tg
Onset of Cure
Cure
Heat Flow Heat Flow
0
Temperature(℃)
300
DSC Results on Epoxy Resin
固化过程的研究
35
u 随着固化度（交联度）的增加，Tg上升 u 交联后高分子分子量增加
Less Cured
Heat Flow
More Cured
25
扫描速度的影响
26
样品制备的影响 样品几何形状：
样品与器皿的紧密接触
样品皿的封压：
底面平整、样品不外露
合适的样品量：
灵敏度与分辨率的折中
27
仪器损坏的主要来源
1. 用力过大，造成样品池不可挽救的损坏； 2. 操作温度过高（铝样品皿，温度>600℃）； 3. 样品池底部电接头短路和开路； 4. 样品未被封住，引起样品池污染。
16
Multiple Scans of Indium, Showing Precision
复合型DSC
17
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 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 电绝缘性，并最大程度地降低热阻。
u 测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。 u %结晶度 = Hm / Href
32
结晶度的表征
u 两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线，明显地看到吸热峰的不 同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。
u 可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。
增塑剂的影响
33
u 增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分 子玻璃态转化温度Tg和熔融温度Tm的影响。
Heat Sink
Reference
> 精确的温度控制和测量 > 更快的响应时间和冷却速度
> 高分辨率
14
热流型 DSC的优点
Sample
> 基线稳定 > 高灵敏度
15
Identical Indium Sample Run on Heat Flux and Power Compensation DSC