示差扫描量热法原理
实验三 聚合物的热谱分析―― 差示扫描量热法(DSC)
• 热谱分析是指在等速升温（降温）的条件下， 测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的 技术，包括差热分析（DTA）和差示扫描热量 法（DSC）。试样发生力学状态变化时（例如 由玻璃态转变为高弹态），虽无吸热或放热现 象，但比热容有突变，表现在热谱曲线上是基 线的突然变动。试样内部对热敏感的变化能反 映在热谱曲线上。因而热谱分析DTA、DSC在高 分子方面的应用特别广泛。它们可以用于研究 聚合物的玻璃转变温度Tg、相转变、结晶温度 Tc、溶点Tm、结晶度X、等温结晶动力学参数； 研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应以 及测定反应温度或反应热、反应动力学参数。
实验目的
• 通过用差示扫描量热分析仪测定聚合物的加 热及冷却谱图，了解DSC的原理。 • 掌握应用DSC测定聚合物的Tg、Tc、Tm、 ∆Hf及结晶度的方法
基本原理
• 聚合物的热分析是用仪器检测聚合物在加热或冷却 过程中热效应的一种物理化学分析技术。差热分析 （differential thermal analysis，DTA）是程序控温的 条件下测量试样与参比物之间温度差随温度的变化， 即测量聚合物在受热或冷却过程中，由于发生物理 变化或化学变化而产生的热效应。物质发生结晶熔 化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、玻璃化转 变、气态还原时就会出现吸热反应；当涉及结晶形 态的转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等 就可能发生放热或吸热反应。差示扫描量热法 （differential scanning calorimetry，DSC）是在DTA的 基础上发展起来的，其原理是检测程序升降温过程 中为保持样品和参比物温度始终相等所补偿的热流 率dH/dt随温度或时间的变化。
第3篇12示差扫描量热法DSC
结晶。 3.不同形态和不同完善程度的结晶 线型聚乙烯。 一部分结晶形成更完善的更厚的晶片，
另一部分形成更小、更不完善的晶 片。
PP结晶的多重熔融现象
聚合物结晶时，温度下降，黏度增加，分子链的活动性降低，来不及做充分 位置调整，使结晶停留在各个不同阶段上。
比较不完善的在低温下熔融，完善的在较高温下熔融；
DSC的应用 1. 测定聚合物的玻璃化转变温度
玻璃化转变温度是 分子链运动活跃， 热容量变大， DSC 曲线上基线向吸热用中点C。
TG的影响因素
升温速率。升温速率越快，玻璃化转变越明显，测得 的Tg也越高。
推荐的升温速率为10-12℃/min 样品中残留的水分或溶剂。水或溶剂等小分子的存在
高。 晶片厚度对Tm的影响
厚度越高，熔点越高。 高分子晶片厚度由结晶温度决定，高分子单 晶，厚度随结晶温度增加，基本上按照指数规 律增加。
聚合物的多重熔融行为
多重熔融现象的几种解释：
1.不同晶型 全同聚丙烯、聚1-丁烯、聚异戊二烯。 不同晶型导致多重峰。 2.不同成核方式 聚乙烯、全同聚氧化丙烯非等温结晶样
退火时间长，温度高，可使亚稳定态充分转 变为稳定态。表现在结晶上，不完善结晶转 变为更完善的晶体，Tm升高。
•应力历史效应的影响： 结晶聚合物材料经过取向，熔点升高。
b,c 具有不同熔融行为，说明拉伸后，无定形相发生 取向，但是分子取向具有亚稳定性。
5.聚合物结晶行为——结晶动力学 I 等温结晶动力学
等温结晶法 将样品加热到其熔点以上20-30℃，保
温数分钟消除热历史后迅速降温至等温 结晶温度，记录的DSC曲线上出现结晶 放热峰。
5.聚合物结晶行为——结晶动力学 I 等温结晶动力学
差示扫描量热分析仪原理｜差热分析曲线怎样分析？
差示扫描量热分析仪原理｜差热分析曲线怎样分析？量热学是研究如何测量各种过程伴随的热量变化的学科。
精确的热性质数据原则上都可通过量热学实验获得，量热学实验是通过量热仪进行的实施过程。
什么是差示扫描量热法及应用？差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。
差热分析（DTA）是在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。
两种方法的物理含义不一样，DTA仅可以测试相变温度等温度特征点，DSC不仅可以测相变温度点，而且可以测相变时的热量变化。
DTA曲线上的放热峰和吸热峰无确定物理含义，而DSC曲线上的放热峰和吸热峰分别代表放出热量和吸收热量。
因此我们以DSC为例来剖析量热分析。
差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，简称DSC）为使样品处于一定的温度程序（升/降/恒温）控制下，观察样品端和参比端的热流功率差随温度或时间的变化过程，以此获取样品在温度程序过程中的吸热、放热、比热变化等相关热效应信息，计算热效应的吸放热量（热焓）与特征温度（起始点，峰值，终止点...）。
DSC方法广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、医药、食品、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等各类领域，可以研究材料的熔融与结晶过程、玻璃化转变、相转变、液晶转变、固化、氧化稳定性、反应温度与反应热焓，测定物质的比热、纯度，研究混合物各组分的相容性，计算结晶度、反应动力学参数等。
热流型差示扫描量热仪原理：如上图所示，样品坩埚内装有样品，与参比坩埚（通常为空坩埚）一起置于传感器盘上，两者之间保持热对称，在一个均匀的炉体内按照一定的温度程序（线性升温、降温、恒温及其组合）进行测试，并使用一对热电偶（参比热电偶，样品热电偶）连续测量两者之间的温差信号。
由于炉体向样品/参比的加热过程满足傅立叶热传导方程，两端的加热热流差与温差信号成比例关系，因此通过热流校正，可将原始的温差信号转换为热流差信号，并对时间/温度连续作图，得到DSC 图谱。
差示扫描量热分析ppt课件
最常用的为10 ℃/min 调制热流型(Modulated Heat Flux)
功率补偿型(Power Compensation) 固态、液态、粘稠样品都可以测定，气体除外。
℃/min
功率补偿型(Power Compensation) 调制热流型(Modulated Heat Flux)
（2）放热反应（气体吸附、氧化降解、燃烧、爆炸、 发生的热效应大致可归纳为：
---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）
再结晶） 作为信号的输出。
---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）
2、升、降温速度 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 。
晶体熔融，吸热，吸热峰
一般的升，降温速度范围为5--20 发生的热效应大致可归纳为：
样品量多，分辨率低，但灵敏度高，峰温偏高。
不同升降温速度测 试样发生力学状态变化时（例如由玻璃态转变为高弹态），虽无吸热或放热现象，但比热有突变，表现在差热曲线上是基线的突然变
动。
Temperature
得的数据不具可比 试样：除气体外，固态，液态样品都可测定。
---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）
参比物：必须具有热惰性，热容量和导热 率应和样品匹配。一般为 ，样品量少 时可放一空坩埚。
差示扫描量热法
一．引言
• 差示扫描量热法（DSC）是六十年代以后 研制出的一种热分析方法，它是在程序控 制温度下， 测量输入到物质和参比物的温
度差和温度的关系的一种技术。根据测量
方法的不同，又分为两种类型：功率补偿 型DSC和热流型DSC。其主要特点是使用 的温度范围比较宽（-175~725C）、分辨 能力高和灵敏度高。由于它们能定量地测
(3-19)
DSC曲线的基线可定义为试样不产生或不消耗热量时的曲 线，显然相当于式(3-17)的前三项，即
T n KT CS CS CR dT CS CT dT n
KT
KT
dt
KT
dt
(3-20)
符号n表示热中性转变(Thermal neutral transition)并近似 地为：
(1)炉壁传导到试样和参比物的热流分别为i1S和i1R，传 热系数分别为K1S和K1R；
• (2)炉壁辐射到试样和参比物的热流分别为 i2S和i2R，传热系数分别为K2S和K2R；
• (3)传导到热电偶上的热流为i3S和i3R，传 热系数为K3S和K3R；
• (4)试样传导到参比物的热流为i4SR，传热 系数为K4ST；
功率差
功率 放大器
（平均T）
功率
计算器
参比物容器 记录器
参比物温度
参比物温度
图3-2 功率补偿型DSC的控制线路图
该仪器试样和参比物的加热器电阻相等，
RS=RR ， 当 试 样 没 有 任 何 热 效 应 时 IS2RS=IR2RR---- （ 3-2 ） ， 如 果 试 样 产 生
热效应，立即进行功率补偿。所补偿的功
(3-12)
式中：CS——试样和试样盘的热容量；CR——参比物和 参比物盘的热容量。
差示扫描量热法DifferentialScanningCalorimetryDSC
通常规定DTA曲线的T 向上为正，表示试样放热； T 向下为负，表示试样吸热。
DTA曲线中最感兴趣的就是试样在发生热效应时的情况，从 中可以确定试样的转变温度Ti 和吸（放）热量Q。
设 dQS / dt, dQR / dt 分别是试样和参比物接受热量的
速率（基热流），则
dQS dt
KS (TW
CP CV TV 2 /
其中 1/V TV / 为热膨胀系数 P,N 1/V V / P 为体积压缩系数 T ,N
物质在熔化时G的变化G为0，熔化热Hf 和熔化熵Sf 及熔化温度Tm有如下关系：
Tm = Hf /Sf
(2-10)
6) 热力学转变与热力学函数 (1) 一级转变 G是T和P的连续函数，在转变温度T1处有转折。G的一阶 导数的函数在通过转变时发生不连续：
可更换的传感器, 比更换整个 测量炉费用低!
具有56对热电偶堆的第五代传 感器
基线稳定高 (不受不对称因素的影响)
数字分辨率高 (DSC822e: 16 00万点) 时间常数 1.6 s
(20 mg Al 坩埚, He 气) 高强度抗化学腐蚀性 灵敏度高 0.04uw
它把试样焓变的 热通量几乎没有 什么损失地被多 重热电偶所测得。
Calvet热通量DSC是在试样支架和参比物支架附近的薄壁氧 化铝管壁上安放几十对乃至几百对互相串联着的热电偶，其 一端紧贴着管壁，另一端则紧贴着银均热块，然后将试样侧 多重热电偶与参比物侧多重热电偶反接串联。
Mettler DSC822 FRS5 差热传感器特点:
C = Q/T
(2-10)
状态函数的第一定律表达式在有热膨胀做功的情况下， 内能的变化为
差示量热法(dsc)的基本原理及应用
差示扫描量热法(dsc)的基本原理
差示扫描量热法是一种热分析技术， 通过测量加热或冷却过程中样品与参 比物之间的温度差与热量关系，来研 究样品的热性质。
在DSC实验中，样品和参比物分别处 于两个相同的加热器中，并保持相同 的加热速率。样品在受热过程中发生 的物理变化（如熔化、结晶、升华等 ）或化学变化（如分解、氧化等）会 释放或吸收热量，导致样品与参比物 之间的温度差发生变化。通过测量这 个温度差，可以获得样品的热性质数 据。
水质检测的DSC分析
水质检测的DSC分 析
通过DSC可以检测水中的溶解 性物质、离子、有机物等成分 ，了解水质的热化学性质和能 量变化，为水质管理和治理提 供依据。
水中溶解性物质的 DSC分析
溶解性物质是影响水质的重要 因素之一，通过DSC可以测定 水中溶解性物质的含量和组成 ，了解其热稳定性和反应机理 ，为水处理和水质管理提供技 术支持。
粘合与密封性能
通过DSC分析，可以研究包装材料的粘合剂和密封材 料的热性能，提高包装的密封性和耐久性。
抗菌性能
DSC可用于研究包装材料的抗菌性能，通过分析抗菌 剂的熔融行为和相变焓，评估其抗菌效果。
05
DSC在环境科学中的应用
土壤成分的DSC分析
土壤成分的DSC分析
通过DSC法可以分析土壤中的有机物、矿物质、水分等成分， 了解土壤的热性质和能量变化，为土壤改良和治理提供依据。
DSC常用于研究物质的熔点、玻璃化转变温度、 热分解温度等。
工作原理
DSC仪器将样品和参考物置于 温度可控的炉中。
通过测量样品和参考物之间 的热量流差异，可以确定样 品在加热或冷却过程中的热
量变化。
热量变化通常与物质的状态变 化（如熔化、固化、分解等）
(完整版)差示扫描量热仪的工作原理(DSC)
差示扫描量热仪的工作原理差示扫描量热仪作为常见的煤炭化验设备-量热仪系列产品中的一员，在整个的量热仪家族中占据这举足轻重的地位,一直以来，工作人员都在熟练的操作这些仪器进行工作，但是，同样也存在不少个的人对这种量热仪究竟是怎样工作的还不是很明白，本文特汇总部分资料说明下差示扫描量热仪的工作原理。
一、示差扫描量热法我们必须的明白这种量热仪运用的原理其实就是示差扫描量热法：示差扫描量热法（DSC）是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。
DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差腡时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差腡消失为止。
换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿,所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化关系.如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系。
二、差示扫描量热仪差示扫描量热仪就是运用了以上的系统原理，现在我们找一款类似的设备看下这种类型的量热仪都有哪些配置及特点？（一）、主要配置制冷系统除霜功能动态调制DSC功能（二）、主要特点功率补偿型设计原理，直接测定能量和温度而非温度差,灵敏度为微型炉设计，仪器升降温速度快，热慢性小,平衡时间短量热精度±温度精度±温度范围—170℃～＋550℃动态量耗（三）、主要用途:、高分子材料的定性,定量分析、熔点、玻璃化温度、结晶度、熔融热和结晶热、纯度、反应动力学、比热、相转变温度、相容性面向学科:广泛应用于塑料，橡胶，涂料，胶粘剂,医药，石油化工等不同领域熟悉这种差示扫描量热仪的各种原理及配置后,以后我们在操作这种量热仪的时候就能够做到真正的熟练顺手，同时我们也将更多的一下类似于智能一体定硫仪、定硫仪、自动量热仪、微机全自动量热仪等各种煤炭化验设备，欢迎大家共同参与讨论学习差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒)为纵坐标,以温度T或时间t为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。
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示差扫描量热法原理
示差扫描量热法是一种常用的热分析技术，用于研究物质在加热或冷却过程中的热性质变化。
该方法通过测量样品和参比物温度之间的差异来确定样品的热容量和热效应。
下面将详细介绍示差扫描量热法的原理及其应用。
一、示差扫描量热法原理
示差扫描量热法基于热平衡原理，通过对比样品和参比物的温度差异来测量样品的热性质变化。
该方法主要包括以下几个步骤：
1. 样品和参比物的准备：选择适当的样品和参比物，样品应具有所需研究的热性质变化，参比物应具有稳定的热性质。
样品和参比物应具有相似的质量和形状，以保证在相同条件下吸收或释放相同的热量。
2. 样品和参比物的装填：将样品和参比物分别装填到示差扫描量热仪的样品盒和参比盒中。
装填时要注意避免气泡的产生，以确保热传导的准确性。
3. 扫描温度：将样品和参比物的温度从初始温度升至最高温度或降至最低温度的过程称为扫描温度。
在扫描温度过程中，示差扫描量热仪会记录样品和参比物的温度变化。
4. 温度差分析：示差扫描量热仪将记录的样品和参比物温度差异转换为热性质变化数据。
通过计算样品和参比物之间的温度差异，可以确定样品的热容量和热效应。
二、示差扫描量热法的应用
示差扫描量热法广泛应用于材料科学、化学工程、生物医学和环境科学等领域，主要用于以下方面的研究：
1. 热性质分析：示差扫描量热法可以测量材料的热容量、热导率和热膨胀系数等热性质参数，用于分析材料的热稳定性和热行为。
2. 反应动力学研究：通过示差扫描量热法可以研究化学反应或生物反应的热效应和反应动力学参数，如反应速率常数、反应活化能等。
3. 材料相变分析：示差扫描量热法可以用于研究材料的相变行为，如熔化、凝固、晶化和玻璃化等过程，从而揭示材料的结构和性质变化。
4. 生物热学研究：示差扫描量热法可以用于生物体系的热学研究，如生物大分子的热解、蛋白质的折叠和解聚等过程。
5. 药物研究：示差扫描量热法可以用于药物的热稳定性和热效应研究，包括药物的热解、溶解、晶型转变等。
三、总结
示差扫描量热法是一种重要的热分析技术，可以用于研究物质的热性质变化。
通过测量样品和参比物的温度差异，可以确定样品的热容量和热效应，从而揭示材料的热学性质和反应过程。
该方法在材料科学、化学工程、生物医学和环境科学等领域有着广泛的应用，对于理解和设计新材料、药物和反应过程具有重要的意义。
在实际应用中，还需要结合其他分析技术和理论模型来综合分析研究结果，以获得更准确和全面的信息。