差示扫描量热法(DSC)测试方法

聚合物的热谱分析—示差扫描量热法（DSC）1. 实验目的（1）了解示差扫描量热法（DSC）的工作原理及其在聚合物研究中的应用。

（2）初步学会使用DSC仪器测定高聚物的操作技术。

（3）用DSC测定环氧树脂的玻璃化转变温度。

2. 实验原理示差扫描量热法（DSC，Differential Scanning Calorimentry）是在程序温度控制下，测量试样与参比物之间单位时间内能量差（或功率差）随温度变化的一种技术。

它是在差热分析（DTA，Differential Thermal Analysis）的基础上发展而来的一种热分析技术，DSC在定量分析方面比DTA要好，能直接从DSC 曲线上峰形面积得到试样的放热量或吸热量。

DSC仪主要有功率补偿型和热流型两种类型。

NETZSCH公司生产的系列示差扫描量热仪即为功率补偿型。

仪器有两只相对独立的测量池，其加热炉中分别装有测试样品和参比物。

这两个加热炉具有相同的热容及导热参数，并按相同的温度程序扫描。

参比物在所选定的扫描温度范围内不具有任何热效应。

因此，在测试的过程中记录下的热效应就是由样品的变化引起的。

当样品发生放热或吸热变化时，系统将自动调整两个加热炉的加热功率，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。

假设试样放热速率为ΔP（功率），试样底下热电偶的温度将高于参比物底下热电偶的温度，产生温差电势VΔT（图中上负下正的温差电势），经差热放大器放大后送到功率补偿放大器，输出功率ΔPc使试样下的补偿加热丝电流Is减小，参比物下的补偿加热丝电流Ir增大，使参比物热电偶温度高于试样热电偶的温度，产生一个上正下负的温差电势，抵消了因试样放热时产生的VΔT，使VΔT→0，即使试样与参比物之间的温差ΔT→0。

功率补偿型DSC曲线与基线之间所围的面积代表试样放热量或吸热量。

化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）年级:2011级材料化学日期：2013-10-17 姓名：学号：同组人：一、预习部分1、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。

该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。

广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。

差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。

峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。

其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。

虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。

20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。

差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。

差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。

在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。

曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。

曲线的面积正比于热焓的变化。

DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。

dsc测试又称差示扫描量热分析，差示扫描量热仪的基本应用包括：材料的熔点测定、热历史研究、结晶度测定、油和蜡的热分析、固化转变、原材料分析、玻璃化转变温度的测量、结晶温度测量、粘流转变温度测量、氧化诱导时间测量、比热测量、等温结晶及等温动力学研究、纯度测量等，广泛应用于材料、生物、食品、医药、临床、冶金、地质、矿产、航空航天、石化、军事考古等领域。

根据测量方式的不同，dsc测试方法一般可以分为两种：功率补偿型和热流型，两者最大的区别在于结构设计的原理不同。

它的主要方式1、功率补偿型DSC测试方法功率补偿型DSC主要特点是有两个独立的炉体（量热计），分别对参比物和样品进行加热，各自有独立的传感装置，这种类型的DSC对两个炉体的对称性要求比较高。

采用的是动态零位平衡原理，即要求样品与参比物温度，不论样品吸热还是放热时都要维持动态零位平衡状态，也就是始终要维持样品与参比物温度差趋向零。

总而言之，功率补偿型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，并直接将其作为信号输出，反映了所测试样品的热焓的变化，如公式（1）所示。

上式中：dQs/dt：单位时间给样品的热量，dQr/dt：单位时间给参比物的热量；dH/dt：热焓的变化率或称热流率。

2、热流型DSC测试方法热流型DSC的设计只有一个炉体，待测试样品和参比物放在加热器件的不同位置，其设计的基本思想是在给予测试样品和参比物相同的输入功率的条件下，测定待测试样品和参比物质两端的温差（∆T），它是试样热量变化的反映。

然后，根据热流方程，将温差（∆T）换算成热流差（Φ）作为信号进行输出，标准DSC的单项热流方程公式如下：上式中：Rth为传感器的热阻，单位为K/mW；∆T为试样和参比的温度差，单位为K；Φ为热流，单位为mW。

DSC可用于除气体外，固态、液态或浆状样品的测定。

装样的原则是尽可能使样品既薄又广地分布在试样皿内，并且样品要尽量小，以便减少试样与试样皿之间的热阻。

玻璃化转变温度测试方法玻璃化转变温度（Tg）是指非晶态物质从固态转变为液态的温度，也是非晶态物质由高温状态转变为低温状态的临界温度。

Tg的测定方法对于材料研究和工业应用非常重要。

本文将介绍几种常用的玻璃化转变温度测试方法。

一、差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是一种常用的测定玻璃化转变温度的方法。

该方法通过测量材料在不同温度下的热容变化来确定Tg。

在实验中，样品被加热或冷却，同时测量其与参考样品之间的温差。

当材料经过玻璃化转变时，其热容会发生明显变化，从而可以确定Tg。

二、动态机械分析法（DMA）动态机械分析法是一种通过测量材料在恒定应变或恒定应力下的力学性能来确定Tg的方法。

在DMA实验中，样品被施加一个小的力，然后随着温度的变化，测量其应变或应力的变化。

当材料经过玻璃化转变时，其应变或应力会发生明显变化，从而可以确定Tg。

三、热膨胀法热膨胀法是一种通过测量材料在不同温度下的线膨胀系数来确定Tg 的方法。

在实验中，样品被加热或冷却，同时测量其尺寸的变化。

当材料经过玻璃化转变时，其线膨胀系数会发生明显变化，从而可以确定Tg。

四、动态热机械分析法（DMTA）动态热机械分析法是一种通过测量材料在恒定频率下的机械性能来确定Tg的方法。

在DMTA实验中，样品被施加一个小的力，并以一定频率振动，同时随着温度的变化，测量其机械性能的变化。

当材料经过玻璃化转变时，其机械性能会发生明显变化，从而可以确定Tg。

以上几种方法都是常用的测定玻璃化转变温度的方法，每种方法都有其特点和适用范围。

在实际应用中，需要根据具体材料和实验条件选择合适的方法进行测定。

总结：玻璃化转变温度是非晶态物质从固态转变为液态的温度，也是非晶态物质由高温状态转变为低温状态的临界温度。

准确测定玻璃化转变温度对于材料研究和工业应用非常重要。

差示扫描量热法、动态机械分析法、热膨胀法和动态热机械分析法是常用的测定方法，每种方法都有其特点和适用范围。

差示扫描量热法dsc起始温度热事件差示扫描量热法（DSC）是一种用于研究材料热性能的分析技术。

它通过比较样品与参考物质之间的热力学性质差异来研究材料的热行为。

DSC可以用来研究相变、热分解、熔融和玻璃化等热事件。

在DSC 实验中，常常需要测定样品的起始温度、终止温度和热事件峰值等参数。

本文将介绍DSC的原理和应用，以及如何测定样品的起始温度和热事件。

一、DSC的原理1. DSC是如何工作的DSC仪器包括一个样品盒和一个参考盒，它们分别装入样品和参考物质。

在实验过程中，样品和参考物质被置于恒温设备中，通过加热或冷却来改变温度。

当样品和参考物质发生热事件时，它们吸收或释放热量，导致样品和参考物质的温度发生变化。

DSC测定的是样品和参考物质之间的温度差异，从而得到材料的热学性质。

2. DSC曲线的含义DSC曲线通常包括热流曲线和温度曲线。

热流曲线是用来表示样品和参考物质之间的热量变化，而温度曲线则是表示样品和参考物质的温度变化。

根据这两个曲线，我们可以得到材料的热容、相变温度、热分解温度等重要信息。

二、DSC的应用1.材料研究DSC广泛应用于材料研究领域，可以用来研究材料的热性能和热行为。

通过DSC实验，科学家可以了解材料的热容、热分解温度、熔融温度等重要参数，为材料的设计和改进提供重要参考。

2.药物分析在制药工业中，DSC也被广泛应用于药物的研究和开发。

通过DSC 实验，可以了解药物的热降解温度、热吸收量等参数，为药物的稳定性和保存条件提供重要参考。

三、测定样品的起始温度和热事件1.测定起始温度测定样品的起始温度是DSC实验的重要步骤之一。

起始温度是指样品发生热事件的温度，通常可以通过观察DSC曲线的谷底来确定。

在谷底处，样品和参考物质的热量变化最为显著，可以用来确定起始温度。

2.测定热事件除了测定起始温度外，还需要测定样品的热事件。

热事件是指样品发生热分解、相变、熔融等过程，通常可以通过观察DSC曲线的峰值来确定。