DSC(差示扫描量热仪)实验室教学讲解

灵敏度校正：灵敏度系数μV/mW
μV*s/mg mW*s/mg
实际物理意义上的热效应（热焓）
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特点:
基线稳定 高灵敏度
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热流式 DSC - 工作原理
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热 阻相等
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热流型(Heat Flux)
在给予样品和参比品相同的功率下,测定样品和参 比品两端的温差T，然后根据热流方程，将T （温差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。
热流型DSC
与DTA仪器十分相似，是一种定量的DTA仪器。 不同之处在于试样与参比物托架下，置一电热片， 加热器在程序控制下对加热块加热，其热量通过 电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀。
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差示扫描量热仪
DSC
基本原理
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DSC 原理
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,测量样品与参考物之 间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
应用:
• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 多晶型
• 相容性 • 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例 • 比热
重要热分析技术:
差热分析（DTA=Differential Thermal Analysis） 差示扫描量热法（DSC） 热重分析（TGA=Thermogravimetric Analysis） 逸出气体分析（EGA=Evolved Gas Analysis） 热机械分析（TMA=Thermomechanical Analysis） 动态热机械分析仪（DMA=Dynamic Mechanical Analysis） 热光分析（TOA=Thermooptical Analysis） 化学发光（TCL=Thermochemiluminescence）
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热流型 DSC
• 样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡
Q A△ △XT
• 由于热阻的存在,参比与样品之间的温度差（ △T ）与热流差成一定的 比例关系。将△T 对时间积分，可得到热焓:
t
H K Tdt K = f (温度,热阻, 材料性质,…)
0
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硬件部分
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DSC204F1 结构
气体:
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动态零位平衡原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
样品与参比物温度,不论样品是吸热还是放热，两 者的温度差都趋向零。 ⊿T=0
W dQ s dQ r dH
dt
dt
dt
dQ s --单位时间给样品的热量 dt
dQ r --单位时间给参比物的热量 dt
dH
--热焓变化率
dt
DSC测定的是维持样品与参 比物处于相同温度所需要
功 率 补 偿 型
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DSC
功率补偿的原理
当试样发生热效应时,如放热，试样温度高 于参比物温度，放置在它们下面的一组差 示热电偶产生温差电势，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，使试样下 面的电流减小，参比物下面的电流增大。 降低试样的温度，增高参比物的温度，使 试样与参比物之间的温差ΔT趋与零。上述 热量补偿能及时、迅速完成，使试样和参 比物的温度始终维持相同。
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DSC 附件
为了适应千变万化的各种样品,避免 样品与坩埚材料之间的不相兼容， 配备了多种不同材质不同特点的坩 埚。
其中的几种坩埚图示如下:
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DSC的类型及其基本原理
DSC的类型:
根据所用测量方法的不同,分为：
热流型(Heat Flux) 功率补偿型(Power Compensation) 调制热流型(Modulated Heat Flux)
Q Q s Q r T sR s T f s T rR T f r r T s T fR s T r T f rT sR T r R T
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功率补偿型(Power
Compensation)
在样品和参比品始终保持相同温度的条件下,测定 为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差， 并直接作为信号Q（热量差）输出。
的能量差⊿W（ dH ）,反映
了样品热焓的变d化T 。
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功率补偿型DSC仪器的主要特点
1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。 整个仪器由两套控制电路进行监控。一套控制温 度,使试样和参比物以预定的速率升温，另一套用 来补偿二者之间的温度差。
2.无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处 于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差T等 于0。
温度校正 • 多点拟合法 • 测试多个不同熔点的标准物质,将实测熔点（DSC, DTA, cDTA...）与相应理论熔点作比较，得到温度校正 曲线（△T～T） 。
只有采用多点拟合法才能实现准确的温度校正
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灵敏度校正
• 适用仪器:DSC,STA（DSC-TG联用）
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灵敏度校正
仪器
参比热电偶与样品热电偶之间的信号差
• 工作原理差别
DTA 只能测试△T信号,无法建立△H与△T之间的联系
DSC
测试△T信号,并建立△H与△T之间的联系
Q A△△XT
t
H K Tdt
0
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DSC vs DTA
• 传感器的结构差别 DSC 传感器
DTA/SDTA 传感器
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DSC传感器类型
t
m
t – 传感器,响应速度最快，具有非常理想的峰分离能力 m – 传感器，灵敏度为普通传感器的十几倍
两路吹扫气,一路保护气 可实现气体的自由切换
制冷方式:
空气制冷～室温 机械制冷～- 85℃ 液氮制冷～-180 ℃
气体出口
空气冷却 保护气氛 参比 样品 热流传感器 炉腔 吹扫气氛
机械冷却
液氮 / 气氮冷却
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差热曲线峰的形成
DSC的前身是差热分析DTA
记录的是温差信号 峰面积没有热焓意义
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DSC vs DTA
➢ 这是DSC和DTA技术最本质的区别。
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特点
精更高 确快分 的的辨 温响率 度应 控时 制间 和和 测冷 量却
速 度 21
DSC 仪器校正 - 基本概念
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温度校正
热电偶测量温度与样品实际温度之间存在一定偏离 其偏离程度取决于:
• 坩埚导热性能 • 气氛的导热性能 • 热电偶的老化程度
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