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的物理變化和化學變化。

　　2、典型應用

玻璃化轉變

相容性

熔融、結晶

熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性

熔融熱、結晶熱

反應動力學

共熔溫度、純度

熱力學函數(shù)

物質鑒別

液相、固相比例

多晶型

比熱

　　3、DSC與DTA是什么關系？

　　DSC的前身是差熱分析DTA，我簡單介紹下工作原理的區(qū)別：

　　DTA呢，只能測試△T信號，無法建立△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：升溫速率、樣品用量、制樣方式、實驗氣氛、坩堝的選取、樣品溫度控制（STC）、DSC基線。

　　5、升溫速率有哪些影響，有沒有標準的升溫速率？

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

-

　　熱分析領域常用而標準的升溫速率是10K/min。

　　利用多個不同升溫速率下得到的一系列測試結果，可進行動力學分析。

　　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？

　　并不是說樣品量多或者少就一定好，這個與目標分析結果有關

樣品量小

樣品量大

所測特征溫度較低，更“真實”

峰值溫度向高溫漂移

有利于氣體產物擴散

樣品內溫度梯度較大，氣體產物擴散亦稍差

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測試表征過程中，如何同時選擇合適的升溫速率和樣品量呢？

　　（1）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；

　　（2）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；對于有大量氣體產物生成的反應，可適當疏松堆積。

　　9、DSC測試的氣氛分哪些類，有何應用區(qū)別？

　　氣氛主要是動態(tài)氣氛、靜態(tài)氣氛和真空3類，可以從以下三點來分別：

　?。?）從保護天平室與傳感器、防止分解物污染的角度，一般推薦使用動態(tài)吹掃氣氛；

　?。?）對于高分子TG測試，在某些場合使用真空氣氛，能夠降低小分子添加劑的沸點，達到分離失重臺階的目的；

　?。?）若需使用真空或靜態(tài)氣氛，須保證反應過程中的釋出氣體無危害性。

　　在不同的氣氛條件下，結果有時候也是不同的，我們舉個“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行測試，由于增塑劑沸點的降低，揮發(fā)溫度與橡膠分解溫度拉開距離，得到了更準確的增塑劑質量百分比：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與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應，注意防止爆炸和中毒；

　　通過改變測試氣氛（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(qū)別？

　　為了適應千變萬化的各種樣品，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不同特點的坩堝，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，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)缺點以及坩堝蓋扎孔的目的

優(yōu)點

缺點

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，或在抽取真空過程中被帶走

導致反應體系壓力較高

允許氣體產物隨動態(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；

　　（5）有氣體生成的反應（包括多數(shù)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(jù)實驗需要，進行加蓋與否的選擇。

　　13、如何測試一些較微弱的、在常規(guī)條件下不易測出的玻璃化轉變？

　　按照一般的熱分析規(guī)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：

　?。?）先升過熔點使樣品充分熔融；

　　（2）隨后淬冷至玻璃化溫度以下；

　　（3）再次升溫時玻璃化轉變較為明顯。

　　14、使用液氮進行冷卻的降溫測試，如何使溫度曲線盡快達到線性？

　　在降溫段之前設置一個恒溫段（一般5～10min左右），將LN打開，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(jù)情況酌情加大一些，但無需開到最大，儀器會自動根據(jù)冷卻需要調節(jié)液氮流量。這樣就能使冷卻溫度線較快的達到線性。

　　15、鋁坩堝的加蓋與壓制有哪些實驗技巧？

　?。?）坩堝蓋子扎孔密閉：這是常規(guī)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濟的方法，對于節(jié)省坩堝損耗很有幫助。有些樣品做完試驗后可以取出來且不污染坩堝，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驗（如氧化誘導期測試），但由于樣品表面與流動氣體接觸會帶走一定的熱量，量熱精度會稍低一些；

　　（4）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(guī)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，耐馳還提供專門的中壓、高壓坩堝。

　　16、DSC在操作過程中有哪些要特別注意的地方？

　?。?）儀器可一直處于開機狀態(tài)，盡量避免頻繁開機關機；

　?。?）儀器應至少提前1小時開機；

　?。?）盡量避免在儀器極限溫度附近進行恒溫操作；

　?。?）試驗完成后，必須等爐溫降到200°C以下后才能打開爐體；

　　（5）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：實驗前應對樣品的組成有大致了解，如有危害性氣體產生，實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600°C；

　　絕對避免使用鉑坩鍋進行測試金屬樣品；

　　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行基線的驗證測試，若基線正常無峰，傳感器一般仍可繼續(xù)使用；

　?。?）使用標樣In與Zn進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，需要重新進行校正。

　　資料來源：材料人。