DSC分析方法
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dsc曲线分析2篇dsc曲线分析是一种材料热性质分析技术,它可以通过对材料进行加热或降温以及测量其热力学和热动力学性质,来了解材料的物理、化学和结构特性。
本文将对dsc曲线分析进行深入探讨,包括其基本原理、操作步骤、曲线解释和应用领域等方面。
一、基本原理dsc曲线分析技术基于材料在加热或冷却过程中,与外部环境发生的热量交换来测量其热性质,具有很高的灵敏度和准确性。
在dsc曲线分析中,样品和空白样品(通常是无机物质)同时放置在试验仪中,进行加热或冷却处理,测量其温度变化和与环境的热交换。
通过对比样品和空白样品的热力学和热动力学差异,可以确定样品的物理、化学和结构特性。
二、操作步骤dsc曲线分析的操作步骤一般包括:1. 准备样品和空白样品,进行精确称量,保证质量一致。
2. 安装样品和空白样品,装入dsc分析仪,并进行样品的热处理,一般是升温或降温。
加热时建议从低温开始,温度逐步升高到高温;降温时建议从高温开始,温度逐步降低到低温。
3. 开始记录dsc曲线,并采集数据。
数据包括样品的温度和热流变化,这些数据可以用来计算样品的热力学和热动力学特性。
4. 分析dsc曲线数据,并绘制相关的图表,以便对样品的物理、化学和结构特性进行解释。
三、曲线解释dsc曲线分析通常产生以下三种曲线:1. 热流量曲线:热流量曲线表示样品和空白样品之间的热流量差异,热流量在曲线上对应于峰值或谷值。
2. 温度曲线:温度曲线表示样品的温度变化情况,一般作为x轴。
3. 差热曲线:差热曲线表示样品和空白样品之间的热力学差异,这可以用来计算样品的热力学和热动力学性质,如熔点、流动性等。
四、应用领域dsc曲线分析具有广泛的应用领域,如:1. 材料科学领域:如塑料、橡胶、陶瓷、金属材料、聚合物等材料的物理、化学和结构特性分析。
2. 医药领域:如药物的晶形结构、热力学性质、稳定性等方面的研究。
3. 食品领域:如食物品质的研究,如预测食物对冷却、加热效果和品质的影响等。
DSC(差示扫描量热)谱图分析
利用差示扫描量热仪,可测定多种热力学和动力学参数,可以研究材料的熔融与结晶过程、结晶度、玻璃化转变、相转变、液晶转变、氧化稳定性(氧化诱导期O.I.T.)、反应温度与反应热焓,测定物质的比热、纯度,研究高分子共混物的相容性、反应动力学研究、热固性树脂的固化过程等。
在操作中,通过单独的加热器补偿样品在加热过程中发生的热量变化,以保持样品和参比物的温差为零。
这种补偿能量(即样品吸收或放出的热量)所得的曲线称DSC曲线。
其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt,也称作热流率,单位为毫瓦(mW),横坐标为温度(T)或时间(t)。
一般在DSC热谱图中,吸热(endothermic)效应用凸起的峰值来表征(热焓增加),放热(exothermic)效应用反向的峰值表征(热焓减少)。
曲线离开基线的位移,代表样品吸热或放热的速率。
如上图,向下的为样品的吸热峰(典型的吸热效应有熔融、解吸),向上的为放热峰(典型的放热效应有结晶、氧化、分解、固化),曲线上的台阶状拐折(典型的比热变化效应为二级相变,包括玻璃化转变、铁磁性转变等)。
学术干货DSC分析从基本原理到实例解析DSC与DTA?要讲DSC,就不得不先聊聊DTA(Differential Thermal Analysis,差热分析法)。
DSC和DTA都可定性研究试样的热变化,但DTA对热效应测量的灵敏度和精确度都不理想。
为了克服DTA的缺点, DSC应运而生。
DSC的基本原理差示扫描量热(Differential scanning calorimetry,简称DSC)是在程序控温过程中,通过检测器定量测出试样吸收或放出的热量,研究试样的热变化(熔化,分解,交联等)。
根据测量方法的不同,DSC可分为热流型DSC和功率补偿型DSC。
图一:热流型DSC的仪器构造简图热流型DSC,通常也被认为是定量的DTA,它的仪器构造如图一。
试样和参比都在一个加热板上加热,通过热流检测器(一种热阻)可以测出参比和试样之间的热流差,从而准确定量,这也是DSC较之DTA的高级之处。
图二:功率补偿型DSC仪器构造简图功率补偿型DSC的仪器构造如图二,其要求试样与参比的温度不论试样吸热或放热都要相同。
为此,在试样和参比下面除设有测温元件外,还设有加热器,借助加热器随时保持试样和参比物之间温差为零,同时记录加热器的热输出,即可测得热流差。
DSC曲线测量最终得到的是以样品吸热或放热的速率(dH/dt或Φ)为纵坐标,以温度(T)或时间(t)为横坐标的DSC曲线。
下面以一个简单的例子介绍DSC曲线(图三):图三:出现热容变化与放热峰的DSC曲线图三中①这里出现的基线台阶所代表的是试样在加热过程中出现了热容变换(一般是玻璃化转变过程),而热容改变量的计算公式为:△Φ=△C?β其中,△Φ是指变化前后的热流量Φ的变化量,△C是指热容变化,β是指常数,可通过实验测得。
②处虚线指的是基线。
基线及峰面积的确定见下文详解。
这里的基线同样是以台阶的形式出现,可以认为出现了热容的变化。
③处的峰是指放热峰(不同仪器测得的DSC曲线放热方向可能不同,需注意)。
DSC与DMA研究方法DSC(差示扫描量热法)和DMA(动态力学分析)是两种常用的热分析方法,用于研究材料的热性能和力学性能。
本文将分别介绍DSC和DMA的原理和应用,并对其研究方法进行详细阐述。
1.差示扫描量热法(DSC):差示扫描量热法是一种热分析技术,用于测量材料在加热或冷却过程中吸放热的变化。
其原理是将待测样品和参比样品放置在两个热电偶杆上,并在一个恒定的温度下进行加热或冷却。
通过测量样品和参比样品之间的温差,并对温差进行微小修正,可以计算出样品的热容量和吸放热的变化。
DSC常用于研究物质的热力学性质,如相变温度、熔化焓、反应热及催化活性等。
其研究方法主要包括以下几个方面:(1)样品制备:根据研究目的,选择合适的样品制备方法。
通常情况下,样品需要具备足够的纯度和均匀性。
(2)实验条件设置:根据目标热特性和样品特点,选择合适的实验条件,如样品的加热速率、温度范围等。
(3)实验数据处理:根据实验结果,进行数据处理和分析。
通常情况下,可以根据DSC曲线上的各个特征峰值,计算得出样品的熔化焓、相变温度等物理参数。
(4)结果解释:根据实验结果,进行结果解释和对比分析。
根据DSC曲线上的各个特征峰值,可以判断材料的晶体结构、热稳定性等性能。
2.动态力学分析(DMA):动态力学分析是一种用来研究材料的力学性能的方法。
其原理是通过施加一个周期性的力(如拉伸或振动力)于样品上,并通过测量样品的应变和应力响应,来研究材料的力学特性。
DMA常用于研究材料的弹性、刚性、损耗因子及玻璃化转变等性能。
其研究方法主要包括以下几个方面:(1)样品制备:根据研究目的,选择合适的样品制备方法。
通常情况下,样品需要具备足够的尺寸和形状,并且保证表面光洁度。
(2)实验条件设置:根据目标研究性质和样品特点,选择合适的实验条件,如频率、振幅、温度等。
(3)实验数据处理:根据实验结果,进行数据处理和分析。
通常情况下,可以根据DMA曲线上的各个特征峰值,计算得出样品的弹性模量、玻璃化转变温度等物理参数。
简述dsc的测定原理、方法和应用
差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)是一种常用的热分析技术,用于测定物质在温度变化下的热特性。
下面是关于DSC的测定原理、方法和应用的简要概述:测定原理:DSC通过比较被测样品与参比样品之间的热量差异来分析样品的热性质。
样品和参比样品均受相同的温度变化,并通过测量它们之间的温差来计算样品吸放热的变化。
这种测量可以提供有关固、液、气相变、热容量和反应等性质的信息。
测定方法:DSC的测定方法包括样品和参比样品的制备和装填、温度控制和扫描速率、数据采集和分析等步骤。
样品和参比样品一起加热或冷却,期间测量温度差异所产生的热量变化。
通过控制加热速率和记录热量响应,可以获得样品的热性质。
应用:DSC在材料科学、化学、医药、食品和生物等领域具有广泛的应用。
一些主要的应用包括:
•确定材料的熔点、热分解、相变和结晶性质。
•研究聚合物的热性质、玻璃转变温度和热稳定性。
•表征药物的热性质、配方稳定性和反应动力学。
•分析食品的固-液相变、结晶过程和品质特性。
•研究生物分子的热稳定性、折叠和反应动力学。
此外,DSC还可用于评估材料的纯度、反应动力学参数、材料
的储存和运输条件等方面的研究。
dsc分析法
DSC(设计系统性比较)分析法是一种横向对比分析法。
它可以客观、准确地将一个类别中的各种变量进行系统的分析。
下面是DSC分析的基本流程:
1. 筛选关键变量:根据事件的性质,研究对象情况,以及实际需要,从大量变量中筛选出具有一定代表性的变量。
2. 建立分析指标:选定一种满足实际需求的比较分析模式,初步确定各类变量准备进行比较分析的指标。
3. 编制汇总表:按照确定好的变量和指标,编制对比分析表,以便于对各项数据进行统计分析。
4. 正式进行分析:根据汇总表,经过统计分析,得出各类变量各指标的分析结论,完成分析过程。
5. 做出结论:根据得出的数据综合分析结论,对原则和现实问题形成真实的认识,并作出客观公正的结论。
总的来说,DSC分析法是一种快速而有效的横向对比分析法,可以结合统计学方法,对被研究对象进行客观、准确地分析、识别特征及定位问题,从而作出正确应对策略。
同时,DSC分析法也给领导决策提供了科学有效的参考依据,进一步提高了决策效率和实施效果。
形式显示于记录仪上。
(3)功率补偿型的DSC是内加热式,装样品和参比物的支持器是各自独立的元件,在样品和参比物的底部各有一个加热用的铂热电阻和一个测温用的铂传感器。
它是采用动态零位平衡原理,即要求样品与参比物温度,无论样品吸热还是放热时都要维持动态零位平衡状态,也就是要保持样品和参比物温度差趋向于零。
DSC测定的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的能量差(ΔW=dH/dt),反映了样品焓的变化。
(4)热流型DSC是外加热式,采取外加热的方式使均温块受热然后通过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯,试样杯的温度有镍铬丝和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测,参比杯的温度由镍铬丝和康铜组成的热电偶加以检测。
由此可知,检测的是温差ΔT,它是试样热量变化的反映。
(5)试样的制备(6)除气体外,固态液态或粘稠状样品都可以用于测定,装样的原则是尽可能使样品均匀、密实分布在样品皿内,以提高传热效率,减少试样与皿之间的热阻。
因此要把较大样品剪成或切成薄片或小粒,并尽量铺平。
一般使用的是铝皿,分成盖和皿两部分,样品放在其中间,用专用卷边压制器冲压而成。
(7)聚合物样品一般使用铝皿,使用温度应低于500℃,否则铝会变形。
当温度超过500℃时,可用金、铂、石墨、氧化铝皿等。
(8)应用:测定玻璃化转变温度(9)玻璃化转变是一种类似于二级转变的转变,它与具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同,是二级热力学函数,有dH/dt的不连续变化,因此在热谱图上出现基线的偏移。
从分子运动观点来看,玻璃化转变与非晶聚合物或结晶聚合物的非晶部分中分子链段的微布朗运动有关,在玻璃化温度以下,运动基本冻结,到达Tg后,运动活波热容量变大,基线向吸热一侧移动。
玻璃化转变温度的确定是基于在DSC曲线上基线的偏移,出现一个台阶,一般用曲线前沿切线与基线的交点来确定Tg。
(10)影响Tg的因素有化学结构、相对分子量、结晶度、交联固化、样品历史效应(热历史、应力历史、退火历史、形态历史)等。
DSC基本原理及使用方法DSC(差示扫描量热法)是一种热分析技术,广泛应用于材料学、化学、生物学等领域,用于研究物质的热性质和热相变过程。
DSC技术可以通过测量样品与参比物的温度差异来研究样品的热力学特性,同时也可以确定样品的熔融点、玻璃化转变温度等参数。
基本原理:DSC基于样品与参比物之间在恒定温度变化过程中的热量交换原理。
通常情况下,样品和参比物放置在两个独立的炉中,并分别与两个热电偶相连。
当试样发生放热或吸热反应时,热电偶将测量到样品温度与参比物温度之间的差异。
这个温差被放大并记录下来,从而得到样品发生吸放热的热力学信息。
通过对样品和参比物的数据进行对比,可以确定样品的热性质和热相变过程。
使用方法:1.样品制备:样品应尽量纯净,制备过程中需避免任何可能导致污染或失水的因素。
样品通常以粉末或薄膜形式放置在样品盘中。
2.参比物选择:参比物应与样品具有相似的热性质,并且能够稳定在测量温度范围内。
常用的参比物有铝、铂等金属,或者无反应的化合物。
3.试样装填:样品和参比物应放置在两个炉中,保持全部试样对称放置,使得两个炉的热量传导方式相同。
4.温度控制:使用炉温控制系统控制样品与参比物的温度,使其按设定程序升温或降温。
5.数据记录和分析:记录样品和参比物的温度差异,并将其转化为放热/吸热曲线。
根据放热/吸热曲线的形状和峰值,可以确定样品的热力学特性以及热相变过程。
6.结果解读:根据放热/吸热曲线的变化,结合对样品和参比物的理解,可以判断样品的熔融点、玻璃化转变温度、焓变化等参数,进一步研究样品的特性和性质。
DSC技术的主要优点包括:测量精度高、结果可靠、测试速度快、样品需求小等。
因此,它被广泛应用于材料学、化学、生物学等领域的热分析研究中。
例如,可以通过DSC技术研究材料的相变温度、热容量、焓变化等参数,评估材料稳定性、研究反应系统的热力学特性、探究生物大分子的折叠过程等。
总之,DSC技术通过测量样品与参比物的温度差异,研究样品的热性质和热相变过程。
DSC分析方法范文DSC(Different Scanning Calorimetry)分析方法是一种广泛应用于材料科学、化学、生物和制药领域的热分析技术。
它通过测量材料在升温或降温过程中吸收或释放的热量来研究材料的热性质,从而了解材料的相变、结构转变、热稳定性和热分解等特性。
下面将对DSC分析方法进行详细介绍。
DSC仪器是由一个样品舱和一个参比舱组成的。
样品舱中放置待测材料样品,参比舱中放入制备好的参比物料。
两个舱都被加热炉所包围,通过加热或冷却样品和参比材料来实现温度控制。
当样品和参比材料温度发生变化时,仪器测量样品和参比材料之间的温差,并记录下来。
1.熔点和凝固点:DSC可以精确测定材料的熔点和凝固点。
当材料升温达到其熔点时,其吸热曲线上会出现一个急剧上升的峰。
而在降温过程中,熔点对应的峰会变为负峰。
这两个峰可以用来确定熔点和凝固点的实际值。
2.热稳定性:DSC还可以评估材料的热稳定性。
在升温过程中,材料经历热失重的阶段,可以通过计算热失重峰的起始温度和结束温度来评估材料的热稳定性。
热失重峰的面积也可以用来反映材料的热分解程度。
3.玻璃转化温度:DSC可以测定玻璃化转变温度,即材料从固体状态转变为非晶态的温度。
在样品加热过程中,通过检测样品与参比材料之间的温度差异,可以确定玻璃转化温度。
4.反应动力学:DSC可以用于研究化学反应的动力学参数,如反应速率常数、活化能等。
通过对反应过程中吸热或放热峰的分析,可以获取与反应动力学有关的数据。
除了上述参数,DSC还可以用于测定材料的热膨胀系数、热导率、晶体和非晶态相变、玻璃化转变等其他热性质。
此外,DSC还可以与其他仪器或技术结合,如质谱、红外光谱等,进行联合分析,提供更全面的材料性质信息。
总之,DSC分析方法是一种非常有用的热分析技术,可以广泛应用于材料科学、化学和制药等领域。
通过测量材料的热性质,可以了解材料的相变、热稳定性、反应动力学等特性,为材料研究和应用提供重要的信息。
DSC测试分析技术DSC(差示扫描量热法)是一种热分析技术,通过测量样品在给定条件下的热响应,了解材料的热力学性质、热行为和结构变化。
DSC测试分析技术在材料科学、化学分析、药物研究等领域被广泛应用。
DSC测试分析技术的原理是通过测量样品与参比物在一定温度范围内的热量差异,分析样品的热性质。
DSC实验中,通常将样品和参比物放置在两个半圆形的量热杯中,两者相连,并通过共用一根热电偶与热梯度仪表连接。
样品与参比物在升温或降温时吸收或释放热量,这种热量差异就通过热电偶转化为电信号传递给仪表,形成热量差示曲线,从而分析样品的热性质。
1.熔化和凝固点的确定:DSC可以通过测量样品在升温或降温过程中的热能变化,得到样品的熔化和凝固点。
这对于纯物质和合金的研究非常重要,可以揭示材料的固态结构和相变行为。
2.引发和吸收热的量度:DSC可以测量样品在不同温度下的吸热或放热能力,从而了解样品的热稳定性、反应活性以及热化学行为。
例如,在化学反应中,可以通过DSC测试分析来确定反应的热效应、反应动力学参数等。
3.结晶和玻璃化过程的研究:DSC可以测量样品在升温或降温时的结晶、玻璃化过程中的热行为,从而了解材料的热稳定性、结晶度、玻璃化转变温度等。
这对于聚合物、陶瓷、玻璃等材料的研究和开发具有重要意义。
4.材料的相变行为和热力学性质:DSC可以通过测量样品在不同条件下的热行为,来研究材料的热力学性质,如焓、反应热容量、热导率等,从而进一步了解材料的相变行为和物理化学性质。
5.多组分体系的分析:DSC测试分析还可以应用于多组分体系的研究。
通过测量混合物在升温或降温过程中的热响应,可以分析混合物中各组分的相互作用以及相变行为。
需要注意的是,DSC测试分析的结果需要结合其他实验数据和理论模型进行综合分析,以得到更准确的结论。
此外,DSC测试的可靠性还受到仪器精度、实验条件和数据处理等因素的影响,因此在实验设计和数据处理过程中要注意减小误差和提高可重复性。
精心整理DSC测试分析技术一、实验目的1、了解热分析的概念;2、了解DSC的基本原理;3、掌握DSC 测试聚合物Tg的方法。
二、实验原理的加热功率,以补偿样品所发生的热量改变,使样品和参比物的温度始终保持相同,使系统始终处于“热零位”状态,这就是功率补偿DSC仪的工作原理,即“热零位平衡”原理。
如图1为功率补偿式DSC示意图。
三、实验仪器仪器名称:差示扫描量热仪仪器型号:DSC 4000 生产厂商:美国PerkinElmer公司仪器技术参数:温度范围: 室温20℃至180℃升降温速率: 20℃/min;控温精确度:±0.05oC;量热精确8.不使用仪器时正常关机顺序依次为:关闭软件、退出操作系统、关电脑主机、显示器、仪器控制器、测量单元、机械冷却单元。
9.关闭使用氮气瓶的高压总阀,低压阀可不必关。
10.如发现传感器表面或炉内侧脏时,可先在室温下用洗耳球吹扫,然后用棉花蘸酒精清洗,不可用硬物触及。
五、数据分析1在85℃左右出现明显的玻璃化转变的台阶,在两基线延长线间一半处的点做切线与前基线延长线的交点为Tg, Tg=87.65℃2 在140℃左右出现明显的峰,为结晶峰,峰值为142.67℃3 在260.16℃度出现的强吸热峰为其融化峰.对玻璃化转变的表征是通过跟踪转变过程中的比热变化实现的。
如果规定吸热向上,则在升温或降温扫描中出现在DSC热流曲线或比热曲线上向上的台阶状变化可能就是玻璃化转变过程。
由于升温过程的信号会更明显因此,人们习惯在升温过程中测量Tg。
Tg的取法: 在两基线延长线间一半处的点做切线与前基线延长线的交点为Tg。
半比热外推温度(Half Cp Extrapolated):是指对转变前后的比热信号进行线性外推到转变区域,将比热变化一半处的温度定义为Tg。
玻璃化转变位置:TA-起始转变温度;TB-转变终止温度;TC-半高转变温度,即Tg.。
dsc分析DSC分析是数据科学领域中常用的一种方法,用于帮助企业和组织找到数据中隐藏的模式和趋势。
DSC是指数据-环境-统计的缩写,它由数据分析(Data Analysis)、环境分析(环境分析)和统计分析(Statistics Analysis)组成。
本文将详细介绍DSC分析的概念、步骤和应用,并探讨其在不同领域中的实际应用价值。
首先,让我们来了解一下DSC分析的概念和步骤。
DSC分析是一种系统的数据分析过程,旨在从大量数据中提取有用的信息。
它通常包括数据预处理、环境分析和统计分析三个主要步骤。
数据预处理是指对原始数据进行清洗、转换和缺失值处理,以确保数据的质量和一致性;环境分析是基于数据的背景和环境进行分析,包括特征选择、变量关系、数据可视化等;统计分析是利用数学和统计学方法对数据进行分析,例如聚类分析、回归分析、关联规则挖掘等。
通过这三个步骤的有机组合,DSC分析能够发现数据中的模式和趋势,从而为决策提供科学依据。
DSC分析具有广泛的应用领域,在商业、金融、医疗、制造等各个领域都有实际应用。
首先,让我们来看看在商业领域中的应用。
商业企业通常会收集大量的销售数据和用户数据,通过DSC分析可以发现用户的购买行为和偏好,进而制定更有针对性的营销策略和产品推荐。
另外,DSC分析还可以帮助企业进行风险评估和预测,发现潜在的风险并采取相应的措施。
除此之外,金融领域也是DSC分析的重要应用领域之一,通过对金融市场和交易数据进行分析,可以揭示市场的规律和趋势,辅助投资决策和风险管理。
医疗领域是另一个重要的应用领域。
在大数据时代,医疗领域积累了大量的患者数据、疾病数据和医疗知识。
通过DSC分析,医生可以更好地理解患者的病情和疾病发展趋势,提供更加个性化的诊疗方案和预防措施。
此外,DSC分析还可以用于药物研发和临床试验,通过分析药物的作用机制和疗效,为新药的研发和治疗方案的优化提供科学依据。
制造业也是DSC分析的重要应用领域之一。
物质在受热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化,并伴随有焓的改变,因而产生热效应,温度控制系统表现为样品与参比物之间有温度差。
记录两者温度差与温度或者时间之间的关系曲线就是差热曲线(DTA曲线)。
差热分析仪的结构包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和温度控制系统记录仪(后两者亦可用测温检流计代替)。
图右半部分为典型的DTA曲线,当然,实际的DTA。
从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、高度、位置、对称性以及峰面积。
峰的个数表示物质发生物理化学变化的次数,峰的大小和方向代表热效应的大小和正负,峰的位置表示物质发生变化的转化温度。
在相同的测定条件下,许多物质的热谱图具有特征性。
因此,温度控制系统可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类。
理论上讲,可通过峰面积的测量对物质进行定量分析,但因影响差热分析的因素较多,定量难以准确。
差热分析法-基本原理差热分析法——Differential Thermal Analysis (DTA)是在程序控制温度下,测量试样与参比物质之间的温度差ΔT与温度T (或时间t)关系的一种分析技术,所记录的曲线是以ΔT为纵坐标,以T(或t)为横坐标的曲线,称为差热曲线或DTA曲线,反映了在程序升温过程中,ΔT与T或t的函数关系:ΔT = f ( T ) 或f ( t ) 参比物质为一种在所测量温度范围内不发生任何热效应的物质。
通常使用的参比物质是灼烧过的α-Al2O3或MgO。
图17.6为DTA原理示意图。
加热时,温度T及温差△T分别由测温热电偶及差热电偶测得。
差热电偶是由分别插在试样S和参比物R的二支材料、性能完全相同的热电偶反向相连而成。
当试样S没有热效应发生时,组成差热电偶的二支热电偶分别测出的温度Ts、TR相同,即热电势值相同,但符号相反,所以差热电偶的热电势差为零,表现出ΔT=Ts-TR=0,记录仪所记录的ΔT曲线保持为零的水平直线,称为基线。
若试样S有热效应发生时,Ts≠TR,差热电偶的热电势差不等于零,即ΔT=Ts-TR≠0,于是记录仪上就出现一个差热峰。
热效应是吸热时,ΔT=Ts-TR<0,吸热峰向下,热效应是放热时,ΔT>0,放热峰向上。
当试样的热效应结束后,Ts、TR又趋于一样,ΔT恢复为零位,曲线又重新返回基线。
图17.7为试样的真实温度与温差比较图。
差热峰反映试样加热过程中的热效应,峰位置所对应的温度尤其是起始温度是鉴别物质及其变化的定性依据,峰面积是代表反应的热效应总热量,是定量计算反应热的依据,而从峰的形状(峰高、峰宽、对称性等)则可求得热反应的动力学参数。
表17.2列出了各种吸热和放热体系的类型,供判断差热峰产生机理时参考。
DSC曲线解析DSC作为一种多用途;高效、快速、灵敏的分析测试手段已广泛用于研究物质的物理变化(如玻璃化变、熔融、结晶、晶型转变、升华、汽化、吸附等)和化学变化(如分解、降解、聚合、交联、氧化还原等)。
这些变化是物质在加热或冷却过程中发生的,它在DSC曲线上表现为吸热或放热的峰或基线的不连续偏移。
对于物质的这些DSC表征,尽管多年来通过热分析专家的解析积累了不少资料,也出版了一些热谱(如SADTLER热谱等).但热谱学的发展尚不够成熟,不可能象红外光谱那样将图谱的解析工作大部分变为图谱的查对工作,尤其是高聚物对热历史十分敏感,同一原始材料,由于加工成型条件不同往往有不同的DSC曲线,这就结DSC曲线的解析带来丁较大的困难。
解析DSC曲线决不只是一个技术问题,有时还是一个困难的研究课题。
因为解析DSC曲线所涉及的技术面和知识面较广。
为了确定材料转变峰的性质,不但要利用DSC以外的其他热分析手段,如DSC-TGA联用,还要借助其他类型的手段,如DSC-GC联用,DSC与显微镜联用,红外光谱及升降温原位红外光谱技术等。
这就要求解工作者不但要通晓热分析技术,还要对其他技术有相应的了解,在此基础上结合研究工作不断实践积累经验,提高解析技巧和水平。
作为DSC曲线的解析工作者起码应该知道通过DSC与TGA联用,可以从DSC曲线的吸热蜂和放热峰及与之相对应的TGA曲线有无失重或增重,判断材料可能发生的反应过程,从而初步确定转变懂得了不同的反应过程在DSC-TGA曲线上的表征,并不意味着就能解析任何材料的DSC曲线,还必须对材科的特性有较为深刻的了解,例如高聚物的结构和性能与其热历史、机械史、结晶过程密切相关,其DSC曲线会留下这些热历史的印记,谓之Previous history memory。
从DSC曲线研究和表征这些历史记忆对材料的结构和性能的影响,实质上就是对这些历史印记的解析。
应该知道,这些历史印记既可以擦去,也可以重新再现,懂得了这个道理,对解析该材料DSC曲线上转变峰的性质;对鉴别该材料来源于均聚物或共聚物、嵌段共聚是十分有用的;对判别不同厂家生产的纤维或塑料是否来源于同一树脂厂,进而推断树脂经历了那些加工成型过程也是很有用的。
为了鉴别在DSC曲线上具有不同表征的两种和多种材料是否来源于同一高聚物,热分析工作者通常是将这些材料加热扫描至高于其熔融峰30℃,恒温5-10分钟,以同一冷却速率扫描至室温,然后于同一加热速率扫描,通过分析冷却曲线和再加热扫描曲线,就可初步判定各DSC曲线上转变峰的性质,从而确定是否来源于同一材料。
影响DSC分析结果的主要因素1.样品量样品量少,样品的分辨率髙,但灵敏度下降,一般根据样品热效应大小调节样品量,一般3~5mg。
另一方面,样品量多少对所测转变温度也有影响。
随样品量的增加,峰起始温度基本不变,但峰顶温度增加,峰结束温度也提高,因此如同类样品要相互比较差异,最好采用相同的量。
2. 升温速率通常升温速率范围在5~20度/min。
一般来说,升温速率越快,灵敏度提高,分辨率下降。
灵敏度和分辨率是一对矛盾,人们一般选择较慢的升温速率以保持好的分辨率,而适当增加样品量来提高灵敏度。
一般,随着升温速率的增加,融化峰起始温度变化不大,而峰顶和峰结束温度提高,峰形变宽。
3. 气氛一般使用惰性气体,如氮气、氩气、氦气等,就不会产生氧化反应峰,同时又可以减少试样挥发物对监测器的腐蚀。
气流流速必须恒定(如10ml/min),否则会引起基线波动。
气体性质对测定有显著影响,要引起注意。
如氦气的热导率比氮气、氩气的热导率大约4倍,所以在做低温DSC 用氦气作保护气时,冷却速度加快,测定时间缩短,但因为氦气热导率髙,使峰检测灵敏度降低,约是氮气的40%,因此在氦气中测定热量时,要先用标准物质重新标定核准。
在空气中测定时,要注意氧化作用的影响。
有时可以通过比较氮气和氧气中的DSC曲线,来解释一些氧化反应。
现代热分析是指在程序控温下,测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。
人们通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化,来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变化等。
应用最多的热分析仪器是功率补偿型DSC、热流型DSC、差热式DTA、热重TG等。
DSC是研究在温度程序控制下物质随温度的变化其物理量(ΔQ和ΔH)的变化,即通过程序控制温度的变化,在温度变化的同时,测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系。
(1).差示扫描量热仪(DSC)的基本原理(2)将有物相变化的样品和在所测定温度范围内不发生相变且没有任何热效应产生的参比物,在相同的条件下进行等温加热或冷却,当样品发生相变时,在样品和参比物之间就产生一个温度差。
放置于它们下面的一组差示热电偶即产生温差电势UΔT,经差热放大器放大后送入功率补偿放大器,功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流,使样品和参比物之间温差趋于零,两者温度始终维持相同。
此补偿热量即为样品的热效应,以电功率形式显示于记录仪上。
(3)功率补偿型的DSC是内加热式,装样品和参比物的支持器是各自独立的元件,在样品和参比物的底部各有一个加热用的铂热电阻和一个测温用的铂传感器。
它是采用动态零位平衡原理,即要求样品与参比物温度,无论样品吸热还是放热时都要维持动态零位平衡状态,也就是要保持样品和参比物温度差趋向于零。
DSC测定的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的能量差(ΔW=dH/dt),反映了样品焓的变化。
(4)热流型DSC是外加热式,采取外加热的方式使均温块受热然后通过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯,试样杯的温度有镍铬丝和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测,参比杯的温度由镍铬丝和康铜组成的热电偶加以检测。
由此可知,检测的是温差ΔT,它是试样热量变化的反映。
(5)试样的制备(6)除气体外,固态液态或粘稠状样品都可以用于测定,装样的原则是尽可能使样品均匀、密实分布在样品皿内,以提高传热效率,减少试样与皿之间的热阻。
因此要把较大样品剪成或切成薄片或小粒,并尽量铺平。
一般使用的是铝皿,分成盖和皿两部分,样品放在其中间,用专用卷边压制器冲压而成。
(7)聚合物样品一般使用铝皿,使用温度应低于500℃,否则铝会变形。
当温度超过500℃时,可用金、铂、石墨、氧化铝皿等。
(8)应用:测定玻璃化转变温度(9)玻璃化转变是一种类似于二级转变的转变,它与具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同,是二级热力学函数,有dH/dt的不连续变化,因此在热谱图上出现基线的偏移。
从分子运动观点来看,玻璃化转变与非晶聚合物或结晶聚合物的非晶部分中分子链段的微布朗运动有关,在玻璃化温度以下,运动基本冻结,到达Tg后,运动活波热容量变大,基线向吸热一侧移动。
玻璃化转变温度的确定是基于在DSC曲线上基线的偏移,出现一个台阶,一般用曲线前沿切线与基线的交点来确定Tg。
(10)影响Tg的因素有化学结构、相对分子量、结晶度、交联固化、样品历史效应(热历史、应力历史、退火历史、形态历史)等。
具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物将具有较高的Tg;链间具有较强吸引力的高分子,不易膨胀,有较高的Tg;在分子链上挂有松散的侧基,使分子结构变得松散,即增加了自由体积,而使Tg降低。
(11)DSC用来做药物与辅料的相互作用研究是很经典的应用.判断是否有interaction,主要是看药物的特征吸热或放热峰是否消失或峰形,出现的温度是否有改变,另外如果出现新的峰也可以人为是药物与辅料有相互作用的证据.但你的实验我觉得很奇怪,怎么可能每张图都有很多峰呢?.一般做这种相互作用的研究都是用二相混合物,如果你的药物是中药,且是多种效成份的混合物,在应用DSC时候就有些局限了.不过你用的什么辅料啊?怎么也会有很多峰呢?是单一辅料?还是你把所有用的辅料混合后做的DSC?。