差示扫描量热分析(DSC)

DSC 差示扫描量热法差示扫描量热法（differential scanning calorimetry）这项技术被广泛应用于一系列应用，它既是一种例行的质量测试和作为一个研究工具。

该设备易于校准，使用熔点低，是一种快速和可靠的热分析方法。

差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。

DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。

换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t 的变化关系。

如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系。

物质在温度变化过程中，往往伴随着微观结构和宏观物理，化学等性质的变化。

宏观上的物理，化学性质的变化通常与物质的组成和微观结构相关联。

通过测量和分析物质在加热或冷却过程中的物理、化学性质的变化，可以对物质进行定性，定量分析，以帮助我们进行物质的鉴定，为新材料的研究和开发提供热性能数据和结构信息。

在差热分析中当试样发生热效应时，试样本身的升温速度是非线性的。

以吸热反应为例，试样开始反应后的升温速度会大幅度落后于程序控制的升温速度，甚至发生不升温或降温的现象;待反应结束时，试样升温速度又会高于程序控制的升温速度，逐渐跟上程序控制温度，升温速度始终处于变化中。

而且在发生热效应时，试样与参比物及试样周围的环境有较大的温差，它们之间会进行热传递，降低了热效应测量的灵敏度和精确度。

因此，到目前为止的大部分差热分析技术还不能进行定量分析工作，只能进行定性或半定量的分析工作，难以获得变化过程中的试样温度和反应动力学的数据。

差示量热扫描法
差示扫描量热法（DSC）是一种热分析技术，用于测量在程序控制温度下输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关系。

差示扫描量热仪记录到的曲线称为DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，可以测量多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。

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。

差示扫描量热法具有试样用量少、基本不需要前处理、耗时短等优势，并被广泛应用于测定物质的纯度。

通过该方法测定的纯度准确度和精确度均优于其他方法，能准确地测定物质的绝对纯度，并且在精确度和准确度上优于其他方法。

差示扫描量热法的使用范围很广，可在无机物、有机化合物及药物分析中进行应用。

此外，它还可在食品和制药行业中用于表征和微调某些性质，例如大分子的稳定性、折叠或展开信息，以及测定玻璃化转变温度等。

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。

dsc差示扫描量热法
"DSC" 代表差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry），是一种热分析技术，用于研究材料的热性质。

差示扫描量热法通过测量样品与参考样品之间的热量差异，提供关于材料的热力学和热动力学性质的信息。

具体来说，DSC 在实验中通常会有一个样品和一个相同条件下的参考样品。

这两者都受到相同的温度程序控制。

当样品经历物理或化学变化时，释放或吸收的热量会导致样品和参考样品之间的温度差异。

这个温度差异通过传感器测量，从而得到与温度的关联的热量信号。

以下是DSC 在研究材料性质时的一些应用：
1.相变研究：DSC 可用于研究材料的相变，如固相到液相的熔
化、液相到气相的汽化，以及反应过程中的热效应。

2.玻璃化转变：DSC 可用于研究玻璃化转变，即非晶态到玻璃态
的过渡，提供关于材料的玻璃化温度和玻璃化热的信息。

3.聚合物研究：DSC 可用于分析聚合物的热性质，如熔化、结晶、
玻璃化等，有助于了解聚合物的热稳定性和加工性能。

4.药物和生物材料研究：DSC 在药物研发和生物材料研究中也
有广泛应用，用于研究药物的热性质、生物分子的相互作用等。

总体而言，DSC 是一种强大的实验工具，可提供关于材料的热性质、相变和反应的定量和定性信息。

实验二差示扫描量热法(DSC)在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。

试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。

试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。

试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。

发生的热效大致可归纳为：（1）发生吸热反应。

结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。

（2）发生放热反应。

气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。

（3）发生放热或吸热反应。

结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。

用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。

由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。

在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。

简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。

因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。

DTA、DSC广泛应用于：（1）研究聚合物相转变，测定结晶温度Tc 、熔点Tm、结晶度XD。

结晶动力学参数。

（2）测定玻璃化转变温度Tg。

（3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。

一、目的要求：1．了解DTA、DSC的原理。

2．掌握用DSC测定聚合物的Tg 、Tc、Tm、XD。

二、基本原理：1．DTA图（11-1）是DTA的示意图。

通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。

差式扫描量热法（DSC）扎卡里·沃拉斯（Zachary Voras）1.分类差式扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）属于破坏式分析技术。

2.说明DSC与差热分析（differential thermal analysis，DTA）有关，是一种能够识别材料热稳定性差异的定量技术。

利用DSC可以分辨一种材料与标准物质在结晶度、玻璃化转变状态或熔点／沸点方面的差异。

虽然该技术无法像光谱法或质谱法那样提供阳性定性，但它对热稳定性差异的检测非常灵敏，因此成为有机材料劣化研究的最佳选择。

这种技术会在样品加热过程中测量样品所发生物理／化学变化的各种属性。

实验基本设置为，将样品和标准物质分别置入两只样品托盘，放入分析室内统一加热，以便生成热谱图。

这种托盘只需毫克级样品就可进行分析。

分析室内可有各种氛围条件，如真空或气体吹扫（如氧气、氮气或氩气吹扫）。

应根据要检测的物理／化学变化来监控样品托盘的加热温度和（或）功率。

此外，还可使用吹扫气体诱导样品表征（例如用氧气令样品氧化）来调节DSC实验中的观察结果。

现代设备可完全自动化运转，也可在一个实验中加热多个样品，因此可获得更高的实验效率。

在这些实验中，得到的热谱图可用于观察与样品能量属性相关的所有变化，如结晶、相变、放热／吸热过程和动力学速率。

DSC有3种常见类型：功率补偿型DSC、热流型DSC和调制型DSC。

功率补偿型DSC是用两组独立的加热元件分别加热样品和标准物质，再监测维持恒定温度所用的功率差。

图2为功率补偿型DSC实验的一般示意图。

热流型DSC实验是以相同速率加热样品和标准物质，再测量热流差异并生成热谱图。

调制型DSC的实验设置与热流型DSC相似，不过样品和标准物质是在温度循环（热／冷循环）条件下测量热流并加以比较。

图3是热流型DSC或调制型DSC实验的一般示意图。

凭借检测生成的热谱图，分析人员可对各种转变温度进行量化，再将量化结果转化为比热、玻璃化转变温度、结晶温度和动力学速率等物理量。

聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是在差热分析（DTA）的基础上发展起来的一种热分析技术。

它被定义为：在温度程序控制下，测量试量相对于参比物的热流速随温度变化的一种技术。

简称DSC（Diffevential Scanning Calovimltry）。

DSC技术克服了DTA在计算热量变化的困难，为获得热效应的定量数据带来很大方便，同时还兼具DTA的功能。

因此，近年来DSC的应用发展很快，尤其在高分子领域得到了越来越广泛的应用。

它常用于测定聚合物的熔融热、结晶度以及等温结晶动力学参数，测定玻璃化转变温度T g；研究聚合、固化、交联、分解等反应；测定其反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等，业已成为高分子研究方法中不可缺少的重要手段之一。

一、目的和要求了解差示扫描量热法的基本原理及应用围，掌握测定聚合物熔点、结晶度、结晶温度及其热效应的方法。

二、实验原理DSC和DTA的曲线模式基本相似。

它们都是以样品在温度变化时产生的热效应为检测基础的，由于一般的DTA方法不能得到能量的定量数据。

于是人们不断地改进设计，直到有人设计了两个独立的量热器皿的平衡。

从而使测量试样对热能的吸收和放出（以补偿对应的参比基准物的热量来表示）成为可能。

这两个量热器皿都置于程序控温的条件下。

采取封闭回路的形式，能精确、迅速测定热容和热焓，这种设计就叫做差示扫描量热计。

DSC体系可分为两个控制回路。

一个是平均温度控制回路，另一个是差示温度控制回路。

在平均温度控制回路中，由程序控温装置中提供一个电信号，并将此信号于试样池和参比池所需温度相比较，与之同时程度控温的电信号也接到记录仪进行记录。

现在看一下程序温度与两个测量池温度的比较和控制过程。

比较是在平均放大器进行的，程序信号直接输入平均放大器，而两个测量池的信号分别由固定在各测量池上的铂电阻温度计测出，通过平均温度计算器加以平均后，再输入平均温度放大器。