差示扫描量热分析简介
热分析简史
18世纪出现了温度计和温标。 19世纪,热力学原理阐明了温度与热量即热焓之间的区别后,热
量可被测量。
1887年,Le Chatelier进行了被认为的首次真正的热分析实验: 将一个热电偶放入黏土样品并在炉中升温,用镜式电流计在感 光板上记录升温曲线。
1899年,Roberts Austen将两个不同的热电偶相反连接显著提 高了这种测量的灵敏度,可测量样品与惰性参比物之间的温差。 故被认为是差热分析(DTA)的发明者。
差示扫描量热分析法
定义
在温度程序控制下,测量试样相对于参比物 的热流速率随温度或时间变化的一种技术。
与差热分析法(DTA)对比
DTA:在温度程序控制下测量试样与参比物之 间的温度差随温度变的一种技术。
DSC是在DTA基础之上发展起来的。
DTA存在的缺点
1)试样在产生热效应时,升温速率是非线性的,难 以进行定量;
差示扫描量热曲线与差热分析基本相同,但定量更 准确、可靠。
DTA图中,温度上升曲线的斜率由于试样的吸热或放热而产生扰乱,而DSC 曲线却不受干扰,且峰形更规整(曲线上的三个吸热峰分别是 CuSO4·5H2O失去2分子、2分子和1分子水形成的)。
DSC曲线
DTA,DSC在被运用时,试样在受热或冷却过程 中,由于发生物理变化或化学变化而产生热效应, 在差热曲线上会出现吸热峰或放热峰。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。试样内部这些热效 应均可用DTA,DSC进行检测,发生的热效应大 致可归纳为:
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。
以上两个缺点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。
故为了克服差热缺点,发展了DSC。该法对试样产生 的热效应能及时得到应有的补偿,使得试样与参 比物之间无温差、无热交换,试样升温速度始终 跟随炉温线性升温,测量灵敏度和精度大有提高。
DSC测量样品吸热和放热与温度或时间的关系 吸热 热流入样品,即样品吸收外界热量,为负值。 放热 热流出样品,即样品对外界放出热量,为正值。
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
1915年,Honda首次提出连续测量试样质量变化的热重分析。 1955年,Boersma设想在坩埚外放置热敏电阻,发明现今的
DSC。 1964年,Watson等首次发表了功率补偿DSC的新技术。 频率可调的动态热机械测量的历史并不久。
近年来,热分析极大地得益于强大计算机软硬件的应用。
梅特勒-托利多热分析简史
DSC与DTA测定原理的不同
DSC是在控制温度变化情况下,以温度(或 时间)为横坐标,以样品与参比物间温差 为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描 曲线。
DTA是测量T-T 的关系,而DSC是保持T = 0,测定H-T 的关系。两者最大的差别是 DTA只能定性或半定量,而DSC的结果可用 于定量分析。
差示扫描量热分析
DSC
(Differential Scanning Calorimetry)
热分析概述
热分析定义:
早期:热分析是在程控试样温度下监测试样 性能与时间或温度关系的一组技术。试样 保持在设定的气氛中。温度程序包括等速 升(降)温,或恒温,或这些程序的任何 组合。
后来:热分析是研究样品性质与温度间关系 的一类技术。(Thermal Analysis is a group of
1971年,早期版本的热流型DSC差示扫描量热仪TA2000上市。
1981年,包括DSC、TGA和TMA的仪器TA3000被推出。系统引 入新的自动测量和自动处理热分析数据。热机械分析仪同时可 进行周期性变化负载的编程,首次引入创新性的动态负载TMA (DLTMA)技术。
得益于功能强大且价格便宜的个人电脑的普及使用,在TA4000 (1987)和TA8000(1992)基础上,上世纪90年代中期推出 完全具现代意义的STAR热分析系统,包括差示扫描量热仪 DSC及高压DSC、热重分析仪TGA及热重-DSC同步热分析仪、 热机械分析仪TMA、动态热机械分析仪DMA和热分析软件系 统。
(1)吸热反应。如结晶、蒸发、升华、化学吸附、 脱结晶水、二次相变(如高聚物的玻璃化转变)、 气态还原等。
(2)放热反应。如气体吸附、氧化降解、气态氧 化(燃烧)、爆炸、再结晶等。
(3)可能发生的放热或吸热反应。结晶形态的转 变、化学分解、氧化还原反应、固时间变化所发生 的焓变:样品吸收能量时,焓变为吸热;当样品释 放能量时,焓变为放热。
techniques that study the relationship between a sample property and its temperature.——ICTAC,2004)
重要热分析技术:
差热分析(DTA=Differential Thermal Analysis) 差示扫描量热法(DSC) 热重分析(TGA=Thermogravimetric Analysis) 逸出气体分析(EGA=Evolved Gas Analysis) 热机械分析(TMA=Thermomechanical Analysis) 动态热机械分析仪(DMA=Dynamic Mechanical Analysis) 热光分析(TOA=Thermooptical Analysis) 化学发光(TCL=Thermochemiluminescence)
1945年,发明单秤盘替代法天平的Drhard Mettler博士在瑞士建 立了梅特勒公司。上世纪60年代与Hans-Georg Wiedemann 博士合作着手热分析仪器的研究开发。
1964年,Hans-Georg Wiedemann博士将“热天平”的想法实 现商业化,世界上第一台热重和差热同步测量的仪器TA1上市。