差示扫描量热分析
差示扫描量热仪(DSC分析解析
• 测化学反应热焓、研究固化反应及反应动力学
• 表征聚合物相容性
DSC典型综合图谱
氧化 或分解
热流 -> 放热
熔化 玻璃化转 变
结晶 交联 (固化)
温度
DSC曲线
热焓变化率， 热流率(heat flowing)， 单位为毫瓦（mW）
吸收热量，样品热容增加， 基线发生位移 结晶，放出热量，放热峰； 晶体熔融，吸热，吸热峰
DSC的基础公式
假设: 1, 传感器绝对对称，Tfs = Tfr， Rs = Rr = R 2, 样品和参比端的热容相等Cpr=Cps 3, 样品和参比的加热速率永远相同 4, 样品盘及参比盘的质量（热容）相等 5, 样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或者热阻相等
q--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
应用实例：混合物和共聚物的定量检测
Sample: PP:PE=4.00:6.65 Size: 10.6500 mg
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PP PE.001 Operator: Jenner Run Date: 21-Dec-2009 18:03 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
应用实例：混合物和共聚物的定性检测
1
1
差示扫描量热法(DSC)
结论和展望
差示扫描量热法是一种广泛应用的热学分析技术，具有高精度、高灵敏度等 优点，但需要规范的操作流程和数据处理方法。未来，差示扫描量热法将得 到更广泛的应用和技术改进。
2 设定实验条件
包括升温、降温速率和温度范围等，根据反应条件进行调整。
3 记录数据
自动化记录实验数据，并生成相应的曲线图像和热力学参数。
应用领域
差示扫描量热法广泛应用于化学、药品、食品、材料等领域，用于研究反应动力学、相变、热稳定 性、材料性能等问题。
1Baidu Nhomakorabea
化学领域
研究化学反应热力学、动力学、催化作用、聚合反应等。
差示扫描量热法(DSC)
差示扫描量热法是一种热学分析技术，用于测量样品与参比物之间的功率差 和温度差。本演示将介绍差示扫描量热法的原理、仪器和流程、应用领域、 优点和局限性以及案例研究。
原理
差示扫描量热法利用反应的放热或吸热作为指示，测量放热和吸热过程的温度和功率差，以判断反应的 性质。
放热反应
反应过程中释放热量，导致温 度上升，被量热计测量为负信 号。
2
材料领域
研究材料的热稳定性、热膨胀系数、晶体相变等。
3
药品领域
研究药品的热稳定性、储存条件、配方优化、反应动力学等。
优点和局限性
差示扫描量热法相比其他热学技术具有高灵敏度、快速、高精度、不需样品分离等优点，但也存在信号 干扰、噪声较大、基线不稳定等局限性。
差示扫描量热法(DSC)测试方法
差示扫描量热法(DSC)是一种常用的热分析技术，用于测量物质热性质。通过 分析样品在控制升温条件下的热响应，DSC可以提供有关材料的热稳定性、热 传导、物相变化等关键信息。
差示扫描量热法(DSC)测试方法 的原理
DSC通过比较被测样品与参考样品之间的热响应差异来测量热性质。当样品吸 收或释放热量时，DSC测量并绘制样品温度与参考温度之间的差异曲线，从而 提供有关样品热行为的信息。
通过研究药物与辅料的相容性和相互作 用，优化药物配方。
DSC测试的优势和局限性
优势
• 简单、快速 • 非破坏性 • 可检测小样品
局限性
• 仅提供热性质信息 • 对样品形态有要求 • 不适用于高温材料
DSC测试过程的步骤
样品准备
准备纯净、干燥的样品，并将其放置在DSC样品 舱中。
测量热响应
测量样品与参考样品之间的温差，得出样品的热 性质。
控制升温
以固定的升温速率升温样品，常见的升温速率为 10°C/min。
数据分析
根据热曲线，分析样品的热稳定性、物相转变、 反应动力学等信息。
DSC测试在材料研究中的应用
1 热稳定性评估
通过测量材料的热分解、熔融温度等参数， 评估材料的热稳定性。
2 相变分析
研究材料的物相变化过程，如晶化、熔化、 聚合等。
DSC(差示扫描量热)谱图分析
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）。
差示量热扫描法
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。
差示扫描量热仪(DSC分析解析
热阻抗的不平 衡部分
热容量的不平 衡部分
加热速率的不平 衡部分
如上因素，我们需要测量仪器整个温度范围内，样品端和参比端 热阻和热容随温度变化的数值。并且要把这些不平衡因素消除。 我们把这种测量称之为T0校正，其实叫热阻热容测量更准确。
第二章 DSC在高分子材料的应用
应用
• 测量熔融温度、玻璃化转变、氧化诱导时间（温度） • 测相变热焓及结晶度、测研究结晶动力学 • 测化学反应热焓、研究固化反应及反应动力学 • 表征聚合物相容性
应用实例：混合物和共聚物的定性检测
Heat Flow (W/g)
1 1
0 2
3 -1
PE
PP
-2
PP+PE
-3
20
40
60
80
100
120
140
160
表征结晶的两个参数： 1.放热峰峰值 2.放热峰面积
Sample: GZMR-PA66 Size: 9.5000 mg Method: ASTM E794-06
4
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PA66.002 Operator: Jenner Run Date: 09-Jul-2010 09:31 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
差示扫描量热分析(DSC)
• DTA与DSC比较
DTA:定性分析、测温范围大(1650 ℃) DSC:定量分析、测温范围800℃以下
• DSC的温度、能量和量程校正
——利用标准物质的熔融转变温度进行温度校正 ——利用高纯金属铟(In）标准熔融热容进行能 量校正。 ——利用铟进行量程校正。
DSC温度校正
• 选用不同温度点测定一系列标准化合物的熔点
K=ΔHWs/AR
量程校正 K值测定
在铟的记录纸上划出一块大 小适当的长方形面积，如取高度 为记录纸的横向全分度的3/10即 三大格，长度为半分钟走纸距离， 再根据热量量程和纸速将长方形
面积转化成铟的ΔH，
按K=ΔHWs/AR计算校正系
数K’。若量程标度已校正好，则K’ 与铟的文献值计算的K应相等。
y y'
等温结晶过程研究
tmax 基线 t/min
煤灰熔融过程中的矿物演变及其对灰熔点的影响
比热测定
dH / dt mC p dT / dt 式中，为热流速率（J∙s-1）；m为样品质量（g）；CP为比
热（J∙g-1℃-1）；为程序升温速率（℃∙s-1）
利用蓝宝石作为标准样品测定。通过对比样品和蓝宝石的 热流速率求得样品的比热。
CP
mBCPB m
dH dH
dt
/( dt
)B
C PB
mB m
差示扫描量热法
当反应完成时，在温度TC处，d/dt=0，如果忽略(3-17)式中的 第一、第二项，于是：
T C CS CS dT C
KT
dt
(3-26)，积分得：
dT C
KT dt
T T C
t CS CS
T
T
exp
CS
KT CS
t
表3-1 在不同升温速率下己二酸的起始温度
升温速率℃/s 0.01 0.08 0.32
起始温度℃ 148.22 145.91 144.34
在低升温速率下，加热炉和试样接近热平衡状态， 在高升温速率下却相反。
高升温速率会导致试样内部温度分布不均匀。
超过一定的升温速率时，由于体系不能很快响应， 因而不能精确地记录变化的过程。
KT K1S K1R Tf T K2S K2R Tf4 T 4 K3S K3R Tf T
差示扫描量热法dsc起始温度热事件
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
差示扫描量热仪(DSC分析解析
OIT=185.45min-13.00min=172.4min
0
13.00min 185.45min
Heat Flow (W/g)
-1
OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod
1: 2: 3: 4: 5: 6: 7:
应用：监控产品质量
0.0
-0.5
Heat Flow (W/g)
-1.0
147.44°C
––––––– ––––
DSC-PP.001 DSC--共聚PP.001
-1.5
-2.0
167.04°C
-2.5 20
Exo Up
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Temperature (°C)
Universal V4.3A TA Instruments
应用实例：混合物和共聚物的定量检测
Sample: PP:PE=4.00:6.65 Size: 10.6500 mg
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PP PE.001 Operator: Jenner Run Date: 21-Dec-2009 18:03 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
dsc差示扫描量热法
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。
常用热分析技术：差示扫描量热法(DSC)、差热分析(DTA)、热重分析(TAG)
常用热分析技术：差示扫描量热法（DSC）、差热分析（DTA）、热重分析（TAG）
物质的物理状态和化学状态发生变化（如升华、氧化、聚合、固化、硫化、脱水、结晶、熔融、晶格改变或发生化学反应）时，往往伴随着热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）的变化，故可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质物理或化学变化的过程。
主要方法有：
▪差热分析-DTA；
▪差示扫描量热法-DSC；
▪热重分析-TGA。
▪
1. TG的基本原理
TG：可调速的加热或冷却环境中，以被测物重量作为时间或温度的函数进行记录的方法。
DTG：微商热重曲线，热重曲线对时间或温度的一阶微商的方法获得的曲线。
2. 分析方法：升温法和恒温法
升温法：样品在真空或其他任何气体中进行等速加温，样品将温度的升高发生物理变化和化学变化使原样品失重—动态法。
原理：在某特定的温度下，会发生重量的突变，以确定样品的特性。
恒温法：在恒温下，记录样品的重量变化作为时间的函数的方法。
3. 影响TGA数据的因素
（1）气体的浮力和对流
浮力的影响：样品周围的气体因温度的升高而膨胀，比重减小，则样品的TGA值增加。
对流的影响：对流的产生使得测量出现起伏。
（2）挥发物的再凝聚
凝聚物的影响：物质分解产生的挥发物质可能凝聚在与称重皿相连而又较冷的部位上，影响失重的测定结果。
（3）样品与称量皿的反应
反应的影响：某些物质在高温下会与称量皿发生化学反应而影响测定结果。
（4）升温速率的影响
升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
（5）样品用量和粒度
差示扫描量热法
差示扫描量热法
差示扫描量热法（DSC）是一种用于确定受控温度范围内被测样品与参考样品之间热流率差异的技术。该分析过程是在一个封闭的系统中实现的，该封闭系统与周围环境之间通过边界隔离，只有热量和能量可以流动，而质量不能通过边界流动。差示扫描量热法可以在恒定压力或恒定体积下进行，这使分析人员可以监测由所研究的反应引起的温度变化。
差示扫描量热法。
DSC常用于：1，获取未知材料的性质和成分信息；2，研究样品纯度和确认成分分析。同时，DSC在食品和制药行业中也很流行，用于表征和微调某些性质；大分子的稳定性，折叠或展开信息也可以通过DSC实验测量。差示扫描量热法可应用于：
1，相变分析。
通过测量焓随温度的变化来确定熔点、结晶点和相变；
2，玻璃化温度测量。
用高分辨率量热法检测玻璃化转变温度（Tg）；3，比热容的测量。
用蓝宝石标准测定固体和液体的Cp（比热容）；4，化学反应焓的测定。
测定化学反应的吸热和放热焓ΔH；
5，热、氧化稳定性的测定。
测定各种气体环境和不同压力下的氧化诱导时间。
差示扫描量热法
式 中 ： Tf—— 炉 温 ； T—— 参 比 物 温 度 ； (T+T)——试样温度。
当用一惰性试样进行实验时，根据（3-10）式， 试样和参比物的热流应分别为：
CS
d T
T dt
T 1S Tf
T
T
K
2S
T
4 f
T T 4
K 3S Tf
(3-19)
DSC曲线的基线可定义为试样不产生或不消耗热量时的曲 线，显然相当于式(3-17)的前三项，即
T n KT CS CS CR dT CS CT dT n
KT
KT
dt
KT
dt
(3-20)
符号n表示热中性转变(Thermal neutral transition)并近似 地为：
TTe时，=1。
在发生转变时的热流可表示为Qd/dt，Q为转变时所产 生或消耗的总热量。于是
iS
CS
wenku.baidu.comS
d
T
dt
T
Q
d
dt
(3-16)
利用方程式(3-11)、(3-13)、(3-13)和(3-15)可得到
T KT CS CS CR dT CS CS dT Q d
第二章 热分析方法-DSC
升温速率℃/s 0.01 0.08 0.32
起始温度℃ 148.22 145.91 144.34
h
11
在低升温速率下，加热炉和试样接近热平衡状态，在 高升温速率下却相反。
高升温速率会导致试样内部温度分布不均匀。
超过一定的升温速率时，由于体系不能很快响应，因 而不能精确地记录变化的过程。
h
6
2．热流型DSC
热流型DSC的结构如图3-3所示，该仪器的特点是利用鏮铜盘把热量传 输到试样和参比物的，并且鏮铜盘还作为测量温度的热电偶结点的一 部分。传输到试样和参比物的热流差通过试样和参比物平台下的镍铬 板与鏮铜盘的结点所构成的镍铬-鏮铜热电偶进行监控。试样温度由镍 铬板下方的镍铬-镍铝热电偶直接监控。
h
10
1．实验条件的影响
(1)升温速率
程序升温速率主要影响DSC曲线的峰温和峰形。一般升温速 率越大，峰温越高、峰形越大和越尖锐。
在实际中，升温速率的影响是很复杂的。它对温度的影响 在很大程度上与试样种类和转变的类型密切相关。例如对 于己二酸的固-液相变，其起始温度却是随着升温速率的升 高而下降的，见表3-1。升温速率对温度的复杂影响可从热 平衡和过热现象作如下解释：
h
22
放热 1μ m 8μ m
dQ/dt
厚
吸热
示差扫描量热法
示差扫描量热法
示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是一种利用固体、液体或气态样品随着温度变化所产生的热力学性质变化进行测试和分析的技术。
该方法利用示差式扫描量热计（Differential Scanning Calorimeter）测量试样与基准的热流差值随温度变化的情况，从而获得样品在升温或降温过程中的热反应特性。
具体地，DSC在实验中，通常会将试样和基准置于两个独立的炉腔中，随着温度的变化逐步加热或冷却。测量过程中，试样和基准分别接收到不同的能量流，差值就称为示差热流信号，通过这个信号，我们可以分析得到试样的热反应情况，如熔化、结晶、玻璃化、聚合等物理化学过程以及与空气或其他气体发生反应的物质。可以根据试样的变化以及热反应等性质解释得到样品本身的特性、纯度等信息。
DSC技术广泛应用于化学制品、医药、食品等领域，它具有操作简便、测试精度高等优点，同时可以提供大量有用的热学数据，为高分子材料、金属材料、药物、食品等领域的研究和应用提供了强有力的支持。
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DSC： ：
DSC用于药 用于药 物品质分析
内容选择： 内容选择：
19.1 热分析法概述 19.2 热重与微分热重分析法 19.3 差热分析法 19.4 差示扫描量热分析法
结束
所要补偿的功率相当于样品热量的变化。 所要补偿的功率相当于样品热量的变化。 差示扫描量热曲线与差热分析基本相同， 差示扫描量热曲线与差热分析基本相同 ， 但定量更 准确、可靠。 准确、可靠。
DTA图中，温度上升曲线的斜率由于试样的吸热或放热而产生扰乱，而DSC 图中，温度上升曲线的斜率由于试样的吸热或放热而产生扰乱， 图中 曲线却不受干扰，且峰形更规整（曲线上的三个吸热峰分别是CuSO4·5H2O 曲线却不受干扰，且峰形更规整（曲线上的三个吸热峰分别是 失去2分子 分子、 分子和 分子水形成的பைடு நூலகம் 分子和1分子水形成的 失去 分子、2分子和 分子水形成的）。
第十九章 热分析法
thermal analysis, TA
第四节 差示扫 描量热分析法
differential scanning calorimetry，DSC
22:48:45
差示扫描量热分析法原理
试样和参比物各自独立加热， 试样和参比物各自独立加热 ， 随时保持两者的温度 相同。 相同。 如果样品发生相变或失重， 如果样品发生相变或失重 ， 它与参比物间将产生温 度差时，系统提供功率补偿使两者再度保持平衡。 度差时，系统提供功率补偿使两者再度保持平衡。