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差示扫描量热法(DSC)的基本原理及应用.


3)试样的几何形状
在高聚物的研究中,发现试样几何形状 的影响十分明显。对于高聚物,为了获 得比较精确的峰温值,应该增大试样与 试样盘的接触面积,减少试样的厚度并 采用慢的升温速率。
6.4.3 DSC曲线峰面积的确定及仪器 校正
不管是 DTA 还是 DSC 对试样进行测定的过程中, 试样发生热效应后,其导热系数、密度、比热 等性质都会有变化。使曲线难以回到原来的基 线,形成各种峰形。如何正确选取不同峰形的 峰面积,对定量分析来说是十分重要的。
主要影响 DSC 曲线的峰温和峰形,
一般 Φ 越大,峰温越高,峰形越大 和越尖锐。 实际中,升温速率 Φ 的影响是很复 杂的,对温度的影响在很大程度上 与试样的种类和转变的类型密切相 关。
如已二酸的固-液相变,其起始温度随着Φ 升高而下降的。
在 DSC 定量测定中,最主要的热力学参数是热焓。 一般认为 Φ 对热焓值的影响是很小的,但是在实际中并 不都是这样。
基本原理
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,保证了校正系数K值恒定。 测量灵敏度和精度大有提高。
1.功率补偿型DSC测量的基本原理
功率补偿型DSC仪器的主要特点
1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感 器见图。整个仪器由两套控制电路进行监控。 一套控制温度,使试样和参比物以预定的速率 升温,另一套用来补偿二者之间的温度差。 2.无论试样产生任何热效应,试样和参比物都 处于动态零位平衡状态,即二者之间的温度差 T等于0。 这是DSC和DTA技术最本质的区别。
从室温到熔点之间有四个相 (I 、 II 、 III 、 IV) 之间的转变过程。随着升温速率的增大,硝酸
铵的相转变峰温和热焓值是增高的。
(2).气氛
实验时,一般对所通气体的氧化还原性和惰性 比较注意,而往往容易忽略对 DSC峰温和热焓 值的影响。实际上,气氛的影响是比较大的。
如在He气氛中所测定的起始温度和峰温比较低, 这是由于炉壁和试样盘之间的热阻下降引起的, 因为 He 的热导性约是空气的 5 倍,温度响应比较 慢,而在真空中温度响应要快得多。
6.4 差示扫描量热法(DSC) (Differential Scanning Calorimetry)
定义:在程序控制温度下,测量输给物 质与参比物的功率差与温度的一种技术。 分类:根据所用测量方法的不同 1. 功率补偿型DSC 2. 热流型DSC
6.4.1
基本原理
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。
6.4.2 影响DSC的因素
DSC 的影响因素与 DTA 基本上相类似,
由于 DSC 用于定量测试,因此实验因素 的影响显得更重要,其主要的影响因素 大致有以下几方面: 1.实验条件:程序升温速率Φ,气氛 2.试样特性:试样用量、粒度、装填情况、 试样的稀释等。
1.实验条件的影响 (1).升温速率Φ
(3)当峰前后基线不一致时,也可以过峰顶作为 纵坐标平行线.与峰前、后基线延长线相交, 以此台阶形折线作为峰底线(c)。 (4)当峰前后基线不一致时,还可以作峰前、后 沿最大斜率点切线,分别交于前、后基线延长 线,连结两交点组成峰底线(d)。此法是ICTA 所推荐的方法。

2.温度校正(横坐标校正)
2.热流型DSC
与 DTA 仪 器 十 分 相似,是一种定量的 DTA仪器。 不同之处在于试 样与参比物托架下, 臵一电热片,加热器 在程序控制下对加热 块加热,其热量通过 电热片同时对试样和 参比物加热,使之受 热均匀。
DSC曲线
纵坐标 :热流率 横坐标:温度T (或时间t) 峰向上表示吸热 向下表示放热 在整个表观上,除 纵坐标轴的单位之 外, DSC 曲线看上 去非常像DTA曲线。 像在DTA的情形一 样, DSC 曲线峰包 围的面积正比于热 焓的变化。
DSC 的温度是用高纯物质的熔点或相变
温度进行校核的 高纯物质常用高纯铟,另外有KNO3、Sn、 Pb等。
1965,ICTA推荐了标定仪器的标准物质

试样坩埚和支持器之间的热阻会使试样坩埚温度 落后于试样坩埚支持器热电偶处的温度。这种热 滞后可以通过测定高纯物质的DSC曲线的办法求 出。高纯物质熔融DSC峰前沿斜率为:
DSC 是动态量热技术,对 DSC 仪器重要的校正 就是温度校正和量热校正。 为了能够得到精确的数据,即使对于那些精确 度相当高的 DSC 仪,也必须经常进行温度和量 热的校核。
1.峰面积的确定
一般来讲,确定DSC峰界限有以下四种
方法: (1)若峰前后基线在一直线上,则取基线 连线作为峰底线(a)。 (2)当峰前后基线不一致时,取前、后基 线延长线与峰前、后沿交点的连线作为 峰底线(b)。
1 dT R0 dt R0
R0为坩埚与支持器之间的热阻
试样的DSC峰温为过其峰顶作斜率与高纯
金属熔融峰前沿斜率相同的斜线与峰底线 交点B所对应的温度Te。
3. 量热校正(纵坐标的校正)
用已知出仪器常数或校正系数 K。
2.试样特性的影响
1)试样用量:不宜过多,多会使试样内部传热慢,温度 梯度大,导致峰形扩大、分辨力下降。
2)试样粒度
影响比较复杂。
通常大颗粒热阻较大,而使试样的熔融
温度和熔融热焓偏低。 但是当结晶的试样研磨成细颗粒时,往 往由于晶体结构的歪曲和结晶度的下降 也可导致相类似的结果。 对干带静电的粉状试样,由于粉末颗粒 间的静电引力使粉状形成聚集体,也会 引起熔融热焓变大。
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