浅析差示扫描量热法测定材料的比热容

封后作为参比盘， 另一套加盖但不压封， 作为样品 盘。
２） 设 置 并 运 行 以 下 实 验 程 序 ： ２９０ Ｋ 等 温 １０ ｍｉｎ； 以 ２０ Ｋ／ｍｉｎ 的速度升温至 ３８０ Ｋ； ３８０ Ｋ 等温 １０ ｍｉｎ。记录实验数据为基线文件。
３） 温度降至室温后， 将比热容基准物蓝宝石 准确称量 （ 准至 ０．０１ ｍｇ） 后， 置于同一样品盘中， 仍加盖但不压封， 重复前一步的操作。记录实验数 据为参比文件。
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。 ２ 测定比热容
如 前 所 述 ， ＤＳＣ 测 量 的 是 试 样 吸 热 或 放 热 速
１ 差示扫描量热法简介
率， 纵坐 标 为 ｄＨ／ｄｔ。 在 比 热 容 测 定 中 直 接 测 定 纵
Ｇｕｏ Ｊ ｉａｎ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ． Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＤＣＳ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｏｒｄ ｗｈｅｎ ｍｅｎｓｕｒａｔｉｎｇ， ｂｒｉｅｆｌｙ ｅｘｐａｔｉａｔｅ ｏｎ ｍｅｎｓｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｈｅａｔ Ｃａｐａｃｉｔｙ．
ｄＨ ＝Ｃ·ｍ·ｄＴ 。
（ ４）
ｄｔ
ｄｔ
由式 （ ４） 可见， ｄＨ／ｄｔ 为热焓变化速率， 正是
ＤＳＣ曲线中的纵坐标。ｄＨ／ｄｔ 为升温速率； ｍ 为试样
质 量 ； Ｃ 是 比 热 容 ， Ｊ／（ ｇ·Ｋ） 。 因 此 ， 用 ＤＳＣ 测 定
比热容是非常方便的。
ＤＳＣ 测定比热容的方法有直接法和间接法 （ 比
３７０ １．４９０ １．４９０ １．４９０ ０
１．４８０ ０．０１０
注： 测定值与文献值之差为实测值减去文献值。
从表 １ 中可以看出， 在所选定的温度下， ２ 次 平行实验结果的差值及测定结果平均值与文献值之 差均不大于 ０．０２ Ｊ／（ ｇ·Ｋ） ， 表明测定结果 有 良 好 的 重复性与准确度。 ４ 结束语
收稿日期： ２００７－ ０９－ ０５； 修回日期： ２００７－ ０９－ １０ 作者简介： 郭 健（ １９８１－ ） ， 男， 山西太原人。２００５ 年 ７ 月 毕
算。标准物质要求在所测定的温度范围内没有化学 和物理的变化， 并且比热容已知， 一般常用的标准
业于中北大学， 助理工程师。
物是蓝宝石。具体做法是先用两个空白盘， 以一定
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高分子材料研究 ２ ０ ０ ７ 年 第１ ０ 期 ＴＡＩＹＵＡＮ Ｓ ＣＩ－ ＴＥＣＨ
的升温速度画一条基线， 然后放入标进物蓝宝石样 品 ， 再 用 同 样 条 件 画 一 条 ＤＳＣ 曲 线 ， 以 同 样 条 件 画未知试样的 ＤＳＣ 曲线 （ 见图 １） 。
ｄＨ ｄｔ
蓝宝石
（ ｍ＇Ｃ＇） ｙ＇ 试样
４） 温度降至室温后， 从样品盘中取出蓝宝石。 准确称取约 ３０．００ ｍｇ 待测样品 （ 准至 ０．０１ ｍｇ） ， 置 于样品盘中， 加盖压封后， 重复第二步的操作。记 录实验数据为样品文件。 ３．４ 结果与讨论
标准物质苯甲酸的比热容测定标准结果见表 １。
表 １ 苯甲酸比热容测定值与文献值的比较 Ｊ ／ （ ｇ·Ｋ）
１） 差 示 扫 描 量 热 仪 （ ＤＳＣ） 是 准 确 测 量 转 变 坐标的位移。因为热容 Ｃｐ＝ｄＨ／ｄｔ， 与吸热或放热速
温度， 转变焓的一种精密仪器， 它是在程序控制温 率之间的关系表示为：
度下， 测量输给物质和参比物的功率差与温度关系 的一种技术。这些测量能提供关于物质的物理和化 学的变化 （ 包括吸热、放热、热容变化过程） ， 以 及物质相转变的定量或定性的信息。它分析速度 快、样品用量少， 且制作简便， 对固体、液体皆适 用， 测温范围广， 定量能力优良， 在高分子方面已 得到越来越广泛的应用， 如， 研究聚合物的相转 变， 测定结晶温度 Ｔｃ、结晶度 θ、熔点 Ｔｍ 等结晶 动力学参数， 玻璃化转变温度 Ｔｇ， 以及研究聚合、 固化、交联、氧化、分解等反应， 并测定反应温度 成反应温区、反应热、反应动力学参数等。
Ｃ·ｍ Ｃ·＇ ｍ＇
，
（ ７）
所以， 试样的比热容 Ｃ 为：
Ｃ＝Ｃ·＇ ｍｍ··＇ ｙｙ＇ ，
（ ８）
式中： Ｃ 为试样的比热容， Ｊ／（ ｍｇ·Ｋ） ； Ｃ＇ 为标准物
（ 蓝 宝 石 ） 的 比 热 容 ， Ｊ／（ ｍｇ·Ｋ） ； ｍ 为 试 样 重 量 ，
ｍｇ； ｍ＇ 为标准物 （ 蓝宝石） 重量， ｍｇ； ｙ 为试样在
（ ｍＣ） 基线
ｙ
Ｃ Ｃ＇
＝
ｙ ｙ＇
·ｍ＇ ｍ
ｔ／ ｍｉｎ 图 １ 试样与标准物质的 ＤＳ Ｃ 曲线图
根据式 （ ４） ， 在某一温度下， 试样的热始变化
率为：
ｄＨ ＝ｙ＝Ｃ·ｍ·ｄＴ ，
（ ５）
ｄｔ
ｄｔ
蓝宝石热焓变化率为：
ｄＨ ＝ｙ＇＝Ｃ·＇ ｍ·＇ ｄＴ ，
（ ６）
ｄｔ
ｄｔ
两式相除得：
ｙ ｙ＇
＝
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ； ｅｎｔｈａｌｐｙ； ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ
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ｄＨ ＝ ｄＨ ·ｄＴ ，
（ １）
ｄｔ ｄＴ ｄｔ
式中： ｄＨ／ｄｔ 表示升温速率。
根据物理化学原理， 在不做非体积功的等压过
程中， 在没有物态变化和化学组成变化时， 等压热
容为：
Ｃｐ＝
ｄＨ ｄＴ
，
（ ２）
而比热容为：
Ｃ＝ Ｃｐ ＝ ｄＨ · １ ，
（ ３）
ｍ ｄＴ ｍ
变换式 （ ２） 和式 （ ３） ， 得到结果为：
２） 差示扫描量热仪主要分为两种： 一是功率 补偿型， 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 ΔＱ （ 热量差） 输出。二是 热流型， 是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 ΔＴ， 然 后 根 据 热 流 方 程， 将 ΔＴ （ 温差） 换算成 ΔＱ （ 热量差） 作为信号 的输出。
文章编号： １００６－ ４８７７（ ２００７） １０－ ００１９－ ０２
２ ０ ０ ７ 年 第１ ０ 期 高分子材料研究
ＴＡＩＹＵＡＮ Ｓ ＣＩ－ ＴＥＣＨ
浅析差示扫描量热法测定材料的比热容
郭健
（ 山西省高分子材料研究及检测重点实验室， 山西 太原 ０３００２４）
摘 要： 介绍了差示扫描量热仪的原理和用途。从介绍差示 扫描量热仪测定时记录的谱图 （ ＤＳＣ 曲线） 入手， 对物质比 热容的测定进行了简要阐述。 关键词： 差示扫描量热仪（ＤＳＣ）； 焓； 高分子聚合物 中图分类号： ＴＨ１４５．４ 文献标志码： Ａ
差示扫描量热法 （ ＤＳＣ） 作为热分析技术中的 一种重要的方式 ， 在比热容的研究中有着广阔的应 用前景， 尤其是在测定材料连续比热容方面， 有着 突出的优势。
选 取 适 当 的 测 定 条 件 ， 应 用 ＤＳＣ 测 定 比 热 容 是一种较为准确、简便的方法。 （ 责任编辑 张 璇）

Ｓｕｐｅｒ ｆｉｃｉａｌｌｙ Ａｎａｌｙｚｅ Ｔｈａｔ Ｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒ ｉｍｅｔｒ ｙ Ｍｅｎｓｕｒ ａｔｅｓ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｈｅａｔ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒ ｉａｌ
例法） 两种。直接法就是在 ＤＳＣ 曲线上， 直接读取
差示扫描量热仪测定时记录的谱图称之为 ＤＳＣ 曲 线 ， 其 纵 坐 标 是 试 样 与 参 比 物 的 功 率 差 ｄＨ／ｄｔ， 也称作热流率， 毫瓦； 横坐标为温度 （ Ｔ） 或时间 （ ｔ） 。 一 般 在 ＤＳＣ 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） 。
温度 ／Ｋ
测试结果 第一次 第二次 平均值
差值
文献值 测定值与文 献值之差
３１０ １．２４０ １．２５０ １．２４５ ０．０１０ １．２５０ ０．００５
３３０ １．３４０ １．３２０ １．３３０ ０．０２０ １．３２０ ０．０１０
３５０ １．４１０ １．４００ １．４０５ ０．０１０ １．４００ ０．００５
解 析 ＤＳＣ 曲 线 涉 及 的 技 术 面 和 知 识 面 较 广 ，
纵坐标 ｄＨ／ｄｔ 数值， 代入式 （ ３） 求出比热容 Ｃ， 但 是此种方法误差较大， 造成误差的原因有以下几方 面 ： 第一， 在测定的 温 度 范 围 内 ， ｄＨ／ｄｔ 不 是 绝 对 线性的； 第二， 仪器校正常数在整个测定区不是一 个恒定值； 第三， 在整个测定范围内， 基线不可能 完全平直。为了减少这些误差， 一般采用间接法测 定比热率。间接法是用试样和标准物质在相同条件 下进行温度扫描， 然后量出二者的纵坐标进行计
纵坐标上的角高； ｙ＇ 为标准物 （ 蓝宝石） 在纵坐标
上的偏离。
３ 实验测试
３．１ 仪器
ＤＳＣ Ｑ１００ 型差示扫描量热仪： 美国 ＴＡ 公司。
３．２ 试样
蓝宝石： 比热容基准物， 美国 ＴＡ 公司； 苯甲
酸标准物质： 国标号 ＧＢＷ（ Ｅ） １３００３５ ， 上海上
立检测仪器厂 。
３．３ 实验步骤 １） 取 ２ 套质量相近的铝样品盘， 其中一套压