1、DSC（差示掃描量熱法）基本原理
DSC（差示掃描量熱法）是在程序溫度（升/降/恒溫及其組合）過(guò)程中，測量樣品與參考物之間的熱流差，以表征所有與熱效應有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化。
2、典型應用
| 玻璃化轉變 |
相容性 |
| 熔融、結晶 |
熱穩定性、氧化穩定性 |
| 熔融熱、結晶熱 |
反應動(dòng)力學(xué) |
| 共熔溫度、純度 |
熱力學(xué)函數 |
| 物質(zhì)鑒別 |
液相、固相比例 |
| 多晶型 |
比熱 |
3、DSC與DTA是什么關(guān)系？
DSC的前身是差熱分析DTA，我簡(jiǎn)單介紹下工作原理的區別：
DTA呢，只能測試△T信號，無(wú)法建立△H與△T之間的聯(lián)系；而DSC測試△T信號，并建立△H與△T之間的聯(lián)系。
4、DSC測試需要注意哪些條件？
主要有如下幾點(diǎn)：升溫速率、樣品用量、制樣方式、實(shí)驗氣氛、坩堝的選取、樣品溫度控制（STC）、DSC基線(xiàn)。
5、升溫速率有哪些影響，有沒(méi)有標準的升溫速率？
| 快速升溫 |
慢速升溫 |
| 使DSC峰形變大 |
有利于相鄰峰或相鄰失重平臺的分離 |
| 特征溫度向高溫漂移 |
DSC/DTA峰形較小 |
| 相鄰峰或失重臺階的分離能力下降 |
- |
熱分析領(lǐng)域常用而標準的升溫速率是10K/min?！ ?br />
利用多個(gè)不同升溫速率下得到的一系列測試結果，可進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
在存在競爭反應路徑的情況下，不同的升溫速率得到的終產(chǎn)物組成可能不同。
6、一般DSC測試需要多少樣品，樣品量對DSC測試有哪些影響呢？
并不是說(shuō)樣品量多或者少就一定好，這個(gè)與目標分析結果有關(guān)
| 樣品量小 |
樣品量大 |
| 所測特征溫度較低，更“真實(shí)” |
峰值溫度向高溫漂移 |
| 有利于氣體產(chǎn)物擴散 |
樣品內溫度梯度較大，氣體產(chǎn)物擴散亦稍差 |
| 相鄰峰（平臺）分離能力增強 |
峰分離能力下降 |
| DSC峰形也較小 |
峰形加寬 |
| - |
能增大DSC檢測信號 |
一般情況下，以較小的樣品量為宜。熱分析常用的樣品量為5～15mg。
在樣品存在不均勻性的情況下，可能需要使用較大的樣品量才具有代表性。
7、在DSC測試表征過(guò)程中，如何同時(shí)選擇合適的升溫速率和樣品量呢？
?。?）提高對微弱的熱效應的檢測靈敏度：提高升溫速率，加大樣品量；
?。?）提高微量成份的熱失重檢測靈敏度：加大樣品量；
?。?）提高相鄰峰（失重平臺）的分離度：慢速升溫速率，小的樣品量。
8、對于不同條件的DSC樣品，如何選擇合適的制樣方式？
?。?）塊狀樣品：建議切成薄片或碎粒；
?。?）粉末樣品：使其在坩堝底部鋪平成一薄層；
?。?）堆積方式：一般建議堆積緊密，有利于樣品內部的熱傳導；對于有大量氣體產(chǎn)物生成的反應，可適當疏松堆積。
9、DSC測試的氣氛分哪些類(lèi)，有何應用區別？
氣氛主要是動(dòng)態(tài)氣氛、靜態(tài)氣氛和真空3類(lèi)，可以從以下三點(diǎn)來(lái)分別：
?。?）從保護天平室與傳感器、防止分解物污染的角度，一般推薦使用動(dòng)態(tài)吹掃氣氛；
?。?）對于高分子TG測試，在某些場(chǎng)合使用真空氣氛，能夠降低小分子添加劑的沸點(diǎn)，達到分離失重臺階的目的；
?。?）若需使用真空或靜態(tài)氣氛，須保證反應過(guò)程中的釋出氣體無(wú)危害性。
在不同的氣氛條件下，結果有時(shí)候也是不同的，我們舉個(gè)“NR/SBR橡膠中增塑劑的分解”的例子：
將NR/SBR共混橡膠材料，在N2氣氛下按照標準的TG方法進(jìn)行分析，增塑劑的失重量為9.87%。（增塑劑失重與橡膠分解臺階有較大重疊）
將該樣品在真空下進(jìn)行測試，由于增塑劑沸點(diǎn)的降低，揮發(fā)溫度與橡膠分解溫度拉開(kāi)距離，得到了更準確的增塑劑質(zhì)量百分比：13.10%。
10、DSC測試的常用氣氛和特殊氣氛有哪些？
常用氣氛：
N2：常用惰性氣氛；
Ar：惰性氣氛，多用于金屬材料的高溫測試；
He：惰性氣氛，因其導熱性好，有時(shí)用于低溫下的測試；
Air：氧化性氣氛，可作反應氣氛；
O2：強氧化性氣氛，一般用作反應氣氛；
特殊氣氛（如H2、CO、HCl等）：
考慮氣氛在測試所達到的最高溫度下是否會(huì )與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應，注意防止爆炸和中毒；
通過(guò)改變測試氣氛（如真空-氮氣-空氣），有助于深入剖析材料成分。
11、DSC都有哪些坩堝，他們有什么區別？
為了適應千變萬(wàn)化的各種樣品，避免樣品與坩堝材料之間的不相兼容，設備供應商配備了多種不同材質(zhì)不同特點(diǎn)的坩堝，其中幾種坩堝圖示如下：
常用坩堝：Al，Al2O3，PtRh。
其它坩堝：PtRh+Al2O3，Steel，Cu，Graphite，ZrO2，Ag，Au，Quartz等。
壓力坩堝：中壓坩堝，高壓坩堝。
| Al坩堝 |
傳熱性好，靈敏度、峰分離能力、基線(xiàn)性能等均佳
溫度范圍較窄（<600℃）
用于中低溫型DSC測試
可用于比熱測試 |
| PtRh坩堝 |
傳熱性好，靈敏度高、峰分離能力、基線(xiàn)性能佳
溫度范圍寬廣
適于精確測量比熱
易與熔化的金屬樣品形成合金
清洗與回收：可使用氫氟酸浸泡清洗 |
| Al2O3坩堝 |
樣品適應面廣，其靈敏度、峰分離能力、基線(xiàn)漂移等較PtRh差
溫度范圍寬廣（可用于高溫1650℃）
不適于測定比熱
易與部分無(wú)機熔融樣品（如硅酸鹽、氧化鐵等）反應或擴散滲透
清洗與回收：可使用王水與氨水浸泡清洗 |
| Cu坩堝 |
對塑料的氧化有催化作用，有時(shí)用于氧化誘導期（O.I.T.）測試 |
| 中壓與高壓坩堝 |
適用：揮發(fā)性液體樣品，液相反應，需要維持氣體分壓的封閉體系反應
中壓坩堝最高使用壓力20bar
高壓坩堝為100bar
溫度較低、揮發(fā)物壓力不太大時(shí)，可用密閉壓制的Al坩堝代替 |
12、DSC測試中坩堝加蓋與否如何選擇？
首先要知道坩堝加蓋的優(yōu)缺點(diǎn)以及坩堝蓋扎孔的目的
| 優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
扎孔的目的 |
| 有利于體系內部溫度均勻 |
減少了反應氣氛與樣品的接觸 |
保證樣品與氣氛一定接觸 |
| 減少輻射效應與樣品顏色的影響 |
產(chǎn)物氣體不易帶走 |
允許一定程度的氣固反應 |
| 防止微細樣品粉末飛揚，或在抽取真空過(guò)程中被帶走 |
導致反應體系壓力較高 |
允許氣體產(chǎn)物隨動(dòng)態(tài)氣氛帶走 |
| 有效防止傳感器受到污染 |
|
保持坩堝內外壓力平衡 |
?。?）物理效應測試（熔融、結晶、相變等DSC測試），通常選擇加蓋坩堝；
?。?）未知樣品，出于安全性考慮，通常選擇加蓋坩堝；
?。?）氣固反應（如氧化誘導期測試或吸附反應），使用不加蓋敞口坩堝；
?。?）液相反應，易揮發(fā)樣品，使用加蓋壓制Al坩堝、中壓或高壓坩堝；
?。?）有氣體生成的反應（包括多數分解反應）或偏重于TG的測試，在不污染損害樣品支架的 前提下，根據實(shí)驗需要，進(jìn)行加蓋與否的選擇。
13、如何測試一些較微弱的、在常規條件下不易測出的玻璃化轉變？
按照一般的熱分析規律，可考慮加大樣品量與使用較快一些的升溫速率。
對于半結晶性的高分子材料，咱們三步走：
?。?）先升過(guò)熔點(diǎn)使樣品充分熔融；
?。?）隨后淬冷至玻璃化溫度以下；
?。?）再次升溫時(shí)玻璃化轉變較為明顯。
14、使用液氮進(jìn)行冷卻的降溫測試，如何使溫度曲線(xiàn)盡快達到線(xiàn)性？
在降溫段之前設置一個(gè)恒溫段（一般5～10min左右），將LN打開(kāi)，初始流量不需很大，讓儀器在降溫之前先適應一下LN。然后降溫段設置的流量根據情況酌情加大一些，但無(wú)需開(kāi)到最大，儀器會(huì )自動(dòng)根據冷卻需要調節液氮流量。這樣就能使冷卻溫度線(xiàn)較快的達到線(xiàn)性。
15、鋁坩堝的加蓋與壓制有哪些實(shí)驗技巧？
?。?）坩堝蓋子扎孔密閉：這是常規的坩堝使用方法，它適用于固體測試，樣品可以粉末，顆粒，片狀，塊狀等等；
?。?）坩堝蓋子扎孔，不密閉：這種方法是一種比較經(jīng)濟的方法，對于節省坩堝損耗很有幫助。有些樣品做完試驗后可以取出來(lái)且不污染坩堝，我們可以采取這種方法，不用壓機將坩堝蓋子和平盤(pán)壓死，這樣坩堝就可以重復使用了；
?。?）敞口坩堝：即不加坩堝蓋子，它適用于需要與吹掃氣氛充分接觸的實(shí)驗（如氧化誘導期測試），但由于樣品表面與流動(dòng)氣體接觸會(huì )帶走一定的熱量，量熱精度會(huì )稍低一些；
?。?）坩堝密閉：坩堝蓋子不扎孔，用壓機將坩堝牢牢密封住，它適用于常規的液體測試。對于一些需要完全密閉，能承受更高壓力的測試，耐馳還提供專(zhuān)門(mén)的中壓、高壓坩堝。
16、DSC在操作過(guò)程中有哪些要特別注意的地方？
?。?）儀器可一直處于開(kāi)機狀態(tài)，盡量避免頻繁開(kāi)機關(guān)機；
?。?）儀器應至少提前1小時(shí)開(kāi)機；
?。?）盡量避免在儀器極限溫度附近進(jìn)行恒溫操作；
?。?）試驗完成后，必須等爐溫降到200°C以下后才能打開(kāi)爐體；
?。?）測試樣品及其分解物不能對傳感器、熱電偶造成污染；
具體措施：實(shí)驗前應對樣品的組成有大致了解，如有危害性氣體產(chǎn)生，實(shí)驗要加大吹掃氣的用量；
?。?）測試樣品及其分解物絕對不能與測量坩鍋發(fā)生反應，具體為：
鋁坩鍋測試，測試終止溫度不能超過(guò)600°C；
絕對避免使用鉑坩鍋進(jìn)行測試金屬樣品；
金屬樣品的測試需查蒸氣壓～溫度表格。
17、爐體如果已發(fā)生污染，該如何處理？
?。?）使用棉花棒蘸上酒精輕輕擦洗；
?。?）使用大流量惰性吹掃氣氛空燒至600℃；
?。?）在日常使用溫度范圍內進(jìn)行基線(xiàn)的驗證測試，若基線(xiàn)正常無(wú)峰，傳感器一般仍可繼續使用；
?。?）使用標樣In與Zn進(jìn)行溫度與靈敏度的驗證測試，若溫度與熱焓較理論值發(fā)生了較大偏差，需要重新進(jìn)行校正。
資料來(lái)源：材料人。
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