差示扫描量热仪(DSC_图文
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差示扫描量热仪(DSC
热分析实验技巧 – 样品用量
• 样品量小：减小样品内的温度梯度，测得特征温度较低更“真实”；有利 于气体产物扩散，减少化学平衡中的逆向反应；相邻峰（平台）分离能 力增强，但 DSC 灵敏度有所降低。
• 样品量大：能提高 DSC 灵敏度，但峰形加宽，峰值温度向高温漂移， 相邻峰（平台）趋向于合并在一起，峰分离能力下降；且样品内温度梯 度较大，气体产物扩散亦稍差。
•根据以上数据计算固化度： •DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht=(225.43J/g-37.490J/g)*100/ 225.43J/g=83%
• 第三章 实验技巧
• 升温速率 • 样品用量 • 灵敏度与分辨率 • 样品粒度与堆积方式 • 气氛 • 坩埚类型的选择 • 坩埚加盖与否的选择
•
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q等--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
• 实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个ΔT的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容 Cf,一定导致样品端温度高于参比端而产生一个ΔT，这些 ΔT都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之 为热阻热容的不平衡
应用：监控产品质量
•M&M巧克力，不溶在手，只溶在口
DSC应用：玻璃化转变
•是否所有物质都存在玻璃化转变？ •什么是玻璃化转变？
差示扫描量热法(DSC)
2021/6/20
13
简单的DSC热谱图
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
2021/6/20
14
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、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）。
由于结晶度与熔融热焓值成正比因此可利用dsc测定高聚物的百分结晶度先根据高聚物的dsc熔融峰面积计算熔融热焓h的测定用一组已知结晶度的样品作出结晶度图然后外推求出100结晶度的测定无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时被冻结的分子微布朗运动开始因而热容变大用dsc可测定出其热容随温度的变化而改变
➢ DSC是动态量热技术，对DSC仪器重要的校正就 是温度校正和量热校正。
➢ 为了能够得到精确的数据，即使对于那些精确 度相当高的DSC仪，也必须经常进行温度和量热 的校核。
2021/6/20
29
1.峰面积的确定
一般来讲，确定DSC峰界限有以下四种方法： (1)若峰前后基线在一直线上，则取基线连线作为峰
A：DSC峰面积cm2 ΔH：用来校正的标准物质的转变热焓：mcal/mg S：记录纸速cm/s a：仪器的量程（mcal/s） m：质量
2021/6/20
35
任一试样的转变或反应焓值：
选用的标准物质，其转变温度应与被测试样所 测定的热效应温度范围接近，而且校正所选用 的仪器及操作条件都应与试样测定时完全一致。
2021/6/20
升温速率对高岭土脱水反应 DSC曲线的影响 23
差示扫描量热仪(DSC课件
为，可以评估聚合物的热稳定性。
在DSC曲线上，聚合物的热分解表现为一个明显的质 量损失峰。通过分析峰的位置和形状，可以了解聚合
物的热稳定性及其影响因素。
合金的熔点和结晶温度
合金是由两种或多种金属或非金属元素组成的混合物。合 金的熔点和结晶温度对其加工、使用和回收等过程具有重 要影响。
DSC可以用于研究合金的熔点和结晶温度。通过在程序控 温下对合金进行加热和冷却，观察其相变行为，可以测量 合金的熔点和结晶温度。
02
放置样品和参比物于样 品架上，确保样品和参 比物重量相等。
03
开始实验，记录实验数 据。
04
实验结束后，关闭仪器 电源，取出样品和参比 物。
实验后处理
数据处理
对实验数据进行处理和分析，提取所需的信息 。
仪器清洁
对仪器进行清洁和维护，确保仪器性能稳定和 延长使用寿命。
结果报告
根据实验结果编写报告，并给出相应的结论和建议。
确保仪器各部件连接牢固，特别是电源线和信号 线。
3
记录使用情况
每次使用后，应记录仪器使用情况，包括实验参 数、样品信息等，以便于后续数据分析。
常见故障排除
温度不上升
检查加热元件是否正常 工作，加热电源是否正 常供电。
温度波动大
检查恒温水浴是否正常 工作，水路是否畅通。
曲线漂移
检查仪器接地是否良好 ，周围是否存在干扰源 。
多功能化
未来的DSC将集成多种测量技术，如热重分析、红外光谱等，实现多 参数同时测量，提高实验效率和准确性。
环保节能
随着环保意识的提高，DSC将采用更加节能和环保的设计，如采用低 能耗的加热元件和传感器，降低实验过程中的能耗和排放。
2023 WORK SUMMARY
在DSC曲线上，聚合物的热分解表现为一个明显的质 量损失峰。通过分析峰的位置和形状，可以了解聚合
物的热稳定性及其影响因素。
合金的熔点和结晶温度
合金是由两种或多种金属或非金属元素组成的混合物。合 金的熔点和结晶温度对其加工、使用和回收等过程具有重 要影响。
DSC可以用于研究合金的熔点和结晶温度。通过在程序控 温下对合金进行加热和冷却，观察其相变行为，可以测量 合金的熔点和结晶温度。
02
放置样品和参比物于样 品架上，确保样品和参 比物重量相等。
03
开始实验，记录实验数 据。
04
实验结束后，关闭仪器 电源，取出样品和参比 物。
实验后处理
数据处理
对实验数据进行处理和分析，提取所需的信息 。
仪器清洁
对仪器进行清洁和维护，确保仪器性能稳定和 延长使用寿命。
结果报告
根据实验结果编写报告，并给出相应的结论和建议。
确保仪器各部件连接牢固，特别是电源线和信号 线。
3
记录使用情况
每次使用后，应记录仪器使用情况，包括实验参 数、样品信息等，以便于后续数据分析。
常见故障排除
温度不上升
检查加热元件是否正常 工作，加热电源是否正 常供电。
温度波动大
检查恒温水浴是否正常 工作，水路是否畅通。
曲线漂移
检查仪器接地是否良好 ，周围是否存在干扰源 。
多功能化
未来的DSC将集成多种测量技术，如热重分析、红外光谱等，实现多 参数同时测量，提高实验效率和准确性。
环保节能
随着环保意识的提高，DSC将采用更加节能和环保的设计，如采用低 能耗的加热元件和传感器，降低实验过程中的能耗和排放。
2023 WORK SUMMARY
DSC(差示扫描量热仪)实验室教学课件..
的能量差⊿W（ dH ）,反映
了样品热焓的变d化T 。
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。
差示扫描量热仪
DSC
基本原理
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
对于有大量气体产物生成的反应，可适当疏松堆积
试样和参比物
• 试样：除气体外，固态，液态样品都可测 定。
• 装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底 部，以减少试样与器皿间的热阻。
• 坩埚：高聚物一般使用铝坩埚，使用温度 低于500℃，
• 参比物：必须具有热惰性，热容量和导热 率应和样品匹配。一般为 ，样品量少 时可放一空坩埚。
实验条件的选择
• 4. 气氛
• 气氛类别： 动态气氛 静态气氛 真空
• 从保护天平室与传感器、防止分解物污染的角度，一般推荐使用动态 吹扫气氛。
• 对于高分子TG测试，在某些场合使用真空气氛，能够降低小分子添加剂 的沸点，达到分离失重台阶的目的。
• 若需使用真空或静态气氛，须保证反应过程中的释出气体无危害性。
DSC 仪器维护
仪器操作
了样品热焓的变d化T 。
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。
差示扫描量热仪
DSC
基本原理
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
对于有大量气体产物生成的反应，可适当疏松堆积
试样和参比物
• 试样：除气体外，固态，液态样品都可测 定。
• 装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底 部，以减少试样与器皿间的热阻。
• 坩埚：高聚物一般使用铝坩埚，使用温度 低于500℃，
• 参比物：必须具有热惰性，热容量和导热 率应和样品匹配。一般为 ，样品量少 时可放一空坩埚。
实验条件的选择
• 4. 气氛
• 气氛类别： 动态气氛 静态气氛 真空
• 从保护天平室与传感器、防止分解物污染的角度，一般推荐使用动态 吹扫气氛。
• 对于高分子TG测试，在某些场合使用真空气氛，能够降低小分子添加剂 的沸点，达到分离失重台阶的目的。
• 若需使用真空或静态气氛，须保证反应过程中的释出气体无危害性。
DSC 仪器维护
仪器操作
dsc基本原理及应用图文
技术创新和改进
01
新型传感器技术
研发更灵敏、更稳定的传感器， 提高DSC的测量精度和稳定性。
02
智能化数据分析
03
微型化与集成化
利用人工智能和机器学习技术， 实现DSC数据的自动处理和解析， 提高分析效率。
将DSC设备做得更小、更轻便， 方便携带，同时集成多种功能， 实现多功能化。
应用领域的拓展
电动汽车中的DSC应用
01
在电动汽车中，DSC主要用于 实现电池管理和充电控制，提 高电池的寿命和充电的安全性 。
02
DSC通过实时监测电池的状态 和充电情况，控制充电电流和 充电时间，避免过充和过放， 延长电池的使用寿命。
03
DSC还可以实现智能充电，通 过与智能电网的集成，优化充 电时间和费用，提高充电的便 捷性和经济性。
DSC基本原理及应用图文
目录
• DSC基本原理 • DSC的应用领域 • DSC的实际应用案例 • DSC的未来发展
01 DSC基本原理
DSC定义
DSC（差示扫描量热法）是一种热分 析技术，用于测量物质在加热或冷却 过程中的热量变化。
它通过测量样品和参考物之间的热量 差来分析物质的热性质，可以用于研 究物质的热稳定性、熔点、结晶度等。
01 02
电池状态监测
DSC在电池管理系统中主要用于监测电池的状态和性能。通过实时监测 电池的电压、电流、温度等参数，DSC能够及时发现电池异常，预防潜 在的安全隐患。
电池均衡控制
DSC可以对多节电池进行均衡控制，确保每节电池的充电和放电状态一 致，延长电池组的使用寿命。
03
电池能量管理
DSC能够根据实际需求和电池状态，智能分配电池能量，提高电池使用
差示扫描量热法(DSC)的基本原理及应用ppt课件
Calorimetry）
❖定义：在程序控制温度下，测量输给物 质与参比物的功率差与温度的一种技术。
❖ 分类：根据所用测量方法的不同 ✓1. 功率补偿型DSC ✓2. 热流型DSC
精选2021版课件
1
6.4.1
基本原理
❖DTA存在的两个缺点：
➢1）试样在产生热效应时，升温速率是非 线性的，从而使校正系数K值变化，难以 进行定量；
精选2021版课件
22
2.温度校正（横坐标校正）
DSC的温度是用高纯物质的熔点或相变 温度进行校核的
高纯物质常用高纯铟，另外有KNO3、Sn、 Pb等。
精选2021版课件
23
1965，ICTA推荐了标定仪器的标准物质
精选2021版课件
24
✓ 试样坩埚和支持器之间的热阻会使试样坩埚温度 落后于试样坩埚支持器热电偶处的温度。这种热 滞后可以通过测定高纯物质的DSC曲线的办法求 出。高纯物质熔融DSC峰前沿斜率为：
18
精选2021版课件
19
6.4.3 DSC曲线峰面积的确定及仪器 校正
➢ 不管是DTA还是DSC对试样进行测定的过程中， 试样发生热效应后，其导热系数、密度、比热 等性质都会有变化。使曲线难以回到原来的基 线，形成各种峰形。如何正确选取不同峰形的 峰面积，对定量分析来说是十分重要的。
➢ DSC是动态量热技术，对DSC仪器重要的校正 就是温度校正和量热校正。
精选2021版课件
10
如已二酸的固-液相变，其起始温度随着Φ 升高而下降的。
精选2021版课件
11
在DSC定量测定中，最主要的热力学参数是热焓。 一般认为Φ对热焓值的影响是很小的，但是在实际中并 不都是这样。
精选2021版课件
❖定义：在程序控制温度下，测量输给物 质与参比物的功率差与温度的一种技术。
❖ 分类：根据所用测量方法的不同 ✓1. 功率补偿型DSC ✓2. 热流型DSC
精选2021版课件
1
6.4.1
基本原理
❖DTA存在的两个缺点：
➢1）试样在产生热效应时，升温速率是非 线性的，从而使校正系数K值变化，难以 进行定量；
精选2021版课件
22
2.温度校正（横坐标校正）
DSC的温度是用高纯物质的熔点或相变 温度进行校核的
高纯物质常用高纯铟，另外有KNO3、Sn、 Pb等。
精选2021版课件
23
1965，ICTA推荐了标定仪器的标准物质
精选2021版课件
24
✓ 试样坩埚和支持器之间的热阻会使试样坩埚温度 落后于试样坩埚支持器热电偶处的温度。这种热 滞后可以通过测定高纯物质的DSC曲线的办法求 出。高纯物质熔融DSC峰前沿斜率为：
18
精选2021版课件
19
6.4.3 DSC曲线峰面积的确定及仪器 校正
➢ 不管是DTA还是DSC对试样进行测定的过程中， 试样发生热效应后，其导热系数、密度、比热 等性质都会有变化。使曲线难以回到原来的基 线，形成各种峰形。如何正确选取不同峰形的 峰面积，对定量分析来说是十分重要的。
➢ DSC是动态量热技术，对DSC仪器重要的校正 就是温度校正和量热校正。
精选2021版课件
10
如已二酸的固-液相变，其起始温度随着Φ 升高而下降的。
精选2021版课件
11
在DSC定量测定中，最主要的热力学参数是热焓。 一般认为Φ对热焓值的影响是很小的，但是在实际中并 不都是这样。
精选2021版课件
差式扫描量热法DSC
Xc
H H
f 0 f
样品测得的熔融热 100%结晶样品的熔融热
可查阅手册； 或者利用x-射线衍射法测的结晶度，配合DSC测出熔融热，
对应作图外推求出100%结晶熔融热。
g. 聚合物冷结晶现象的研究
冷结晶：在远低于熔融Tm温度发生的结晶现象。
由于聚合物材料内部应该结晶 的部分因为温度与时间的限制 而无法100%结晶。
ExoEndo dH/dt (mW) ExoEndo
DSC典型综合图谱
玻璃化转变
熔融
Glass Transition
Melting
Crystallization
结晶
分解气化
Decomposition
基线
放热行为
（固化，氧化，反应，交联）
Tg
Tc
Tm
T
Temperature
d
三种聚集态高分子材料DSC典型图谱
放热峰
测试加热速率＜＜制样冷却速率
标准玻璃化转变
制分结冷若部样子。却受仍冷链随速热是却中温率太玻速的度小快璃率不升，，态很稳高样外，快定，品部当的构在冷软温情象低却化度况被于均，达下冻T匀内到g，。 时向热T然现g，稳峰增吸，由定。加热链于构，峰运局象内。动部转部使的变大自不，量由稳故吸体定出热积构现，突象放出
几个级分聚甲基丙烯酸对叔丁基酯 （BPh）和聚甲基丙烯酸对丁基环己酯 （BCy）的玻璃化转变温度与重均分子
量的关系
c. 结晶度对Tg的影响
•不同聚合物随结晶度的提高对Tg有不同影响
聚•台合样阶物品越的明结加无显晶-定-。度-T形增g变比例越大（结晶度原越因低），玻璃化转变
化 PET
IPS PCL
增加
DSC(示差扫描量热法)
K3＝0.6 T g(SS ) B 1W 6 W c R c 0 4 .1 7W 3 tW 5 t0 4 .1 5W 2 v 0 W v 0 9 .6 2 W 0 s 2 W s7
1,2结构与S单元对SSBR Tg的影响
DSC Tg C
20
(70)
(60)
10
0
(50)
–10
(40)
–20
Tg
W1
A1Tg1W2A2Tg2 W3A3Tg3 W1A1W2A2 W3A3
W1Tg1W2K1Tg2 W3K2Tg3 W1W2K1W3K2
聚丁二烯的Tg可用下式计算
T g(B) R W cT g ,c W cW tW K t1 K T 1g ,tW v W v K 2 K 2T g ,v
W为重量分数，下标c, t, v 分别代表顺-l,4, 反-l,4 和乙烯基结构 Tg, c,t,v 分别代表三种结构均聚物的Tg Kn = (n+l)/1 为体积膨胀系数之比
Tm2, C
Hf2, J/g
162.5
100
230
108.6
101
160.9
95
162.1
102
220
108.7
99
160.5
96
162.5
97
210
108.7
96
161.0
95
162.5
99
200
109.2
102
161.0
90
162.4
88
190
109.3
98
161.0
95
162.2
99
180
110.0
PP的成核剂
1,2结构与S单元对SSBR Tg的影响
DSC Tg C
20
(70)
(60)
10
0
(50)
–10
(40)
–20
Tg
W1
A1Tg1W2A2Tg2 W3A3Tg3 W1A1W2A2 W3A3
W1Tg1W2K1Tg2 W3K2Tg3 W1W2K1W3K2
聚丁二烯的Tg可用下式计算
T g(B) R W cT g ,c W cW tW K t1 K T 1g ,tW v W v K 2 K 2T g ,v
W为重量分数，下标c, t, v 分别代表顺-l,4, 反-l,4 和乙烯基结构 Tg, c,t,v 分别代表三种结构均聚物的Tg Kn = (n+l)/1 为体积膨胀系数之比
Tm2, C
Hf2, J/g
162.5
100
230
108.6
101
160.9
95
162.1
102
220
108.7
99
160.5
96
162.5
97
210
108.7
96
161.0
95
162.5
99
200
109.2
102
161.0
90
162.4
88
190
109.3
98
161.0
95
162.2
99
180
110.0
PP的成核剂
差示扫描量热仪DSC基本原理 PPT
DSC/DTA峰形较小
NETZSCH Thermokinetics Decomposition of DPOP-PPV
Mass/% 100
90 80 70 60
450
10.3 K/min 5.2 K/min 2.6 K/min 1.0 K/min
500
550
600
Temperature/癈
650
700
动态零位平衡原理
样品与参比物温度,不论样品是吸热依然放热,两者 的温度差都趋向零。 ⊿T=0
W dQs dQr dH dt dt dt
d Qs --单位时间给样品的热量 dt
d Qr --单位时间给参比物的热量 dt
d H --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
实验条件的选择
• 4、 气氛
• 气氛类别: 动态气氛 静态气氛 真空
• 从保护天平室与传感器、防止分解物污染的角度,一般推荐使用动态吹 扫气氛。
• 关于高分子TG测试,在某些场合使用真空气氛,能够降低小分子添加剂 的沸点,达到分离失重台阶的目的。
• 若需使用真空或静态气氛,须保证反应过程中的释出气体无危害性。
Q
Qs
Qr
Ts
Tfs Rs
Tr
Tfr Rr
Ts
Tfs
Tr R
T fr
Ts
Tr R
T R
功率补偿型(Power pensation)
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 直截了当作为信号Q(热量差)输出。
功 率 补 偿 型
DSC
功率补偿的原理
DSC
差示扫描量热法DSC测试方法PPT演示课件
上海CDR-34P型
•6
三、DSC曲线及其影响因素
典型的差示扫描量热（DSC） 曲线以热流率（dH/dt）为纵 坐标、以温度（T）为横坐 标，即dH/dt-t（或T）曲线。 曲线离开基线的位移即代表 样品吸热或放热的速率 （mJ·s-1），而曲线中峰或 谷包围的面积即代表热量的 变化。 因而差示扫描量热法可以直 接测量样品在发生物理或化 学变化时的热效应。
•14
•4
补偿回路： 试样吸、放热与参比物产 生温差时及时进行功率补 偿，使ΔT→0,并记录补偿 的情况，即维持ΔT→0所 需要的能量差ΔW。
反应或转变热：
•5
DSC仪器（上海CDR-34P型） 同时兼备热流型和功补型的特点。
（1）保留均温块结构，以保持基线稳定和高灵敏度。 （2）配置功率补偿器，以便获得高分辨率。
典型的DSC曲线
•7
1.试样与参比物 试样：除气体外，固态，液态样品都可测定。 装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底部，以 减少试样与器皿间的热阻。 坩埚：高聚物一般使用铝坩埚，使用温度低于 500℃， 参比物：必须具有热惰性，热容量和导热率应和 样品匹配。一般为Al2O3，样品量少时可放一空坩 埚。
•8
2.主要影响因素
(1) 样品 样品量：一般用量为5---10mg （10---20mg） 样品量少，分辨率高，但灵敏度低，峰温偏低。 样品量多，分辨率低，但灵敏度高，峰温偏高。
•9
(2) 升，降温速度 一般的升，降温速度范围为5----20 ℃/min
最常用的为10 ℃/min
不同升降温速度测得的数据不具 可比性用惰性气体，如N2，Ar，He等 主要是防止加热时样品的氧化， 减少挥发物对仪器的腐蚀. 必要时也可以压缩空气为气氛， 测定样品的氧化反应。
•6
三、DSC曲线及其影响因素
典型的差示扫描量热（DSC） 曲线以热流率（dH/dt）为纵 坐标、以温度（T）为横坐 标，即dH/dt-t（或T）曲线。 曲线离开基线的位移即代表 样品吸热或放热的速率 （mJ·s-1），而曲线中峰或 谷包围的面积即代表热量的 变化。 因而差示扫描量热法可以直 接测量样品在发生物理或化 学变化时的热效应。
•14
•4
补偿回路： 试样吸、放热与参比物产 生温差时及时进行功率补 偿，使ΔT→0,并记录补偿 的情况，即维持ΔT→0所 需要的能量差ΔW。
反应或转变热：
•5
DSC仪器（上海CDR-34P型） 同时兼备热流型和功补型的特点。
（1）保留均温块结构，以保持基线稳定和高灵敏度。 （2）配置功率补偿器，以便获得高分辨率。
典型的DSC曲线
•7
1.试样与参比物 试样：除气体外，固态，液态样品都可测定。 装样：尽量使样品薄而匀地平铺与坩埚底部，以 减少试样与器皿间的热阻。 坩埚：高聚物一般使用铝坩埚，使用温度低于 500℃， 参比物：必须具有热惰性，热容量和导热率应和 样品匹配。一般为Al2O3，样品量少时可放一空坩 埚。
•8
2.主要影响因素
(1) 样品 样品量：一般用量为5---10mg （10---20mg） 样品量少，分辨率高，但灵敏度低，峰温偏低。 样品量多，分辨率低，但灵敏度高，峰温偏高。
•9
(2) 升，降温速度 一般的升，降温速度范围为5----20 ℃/min
最常用的为10 ℃/min
不同升降温速度测得的数据不具 可比性用惰性气体，如N2，Ar，He等 主要是防止加热时样品的氧化， 减少挥发物对仪器的腐蚀. 必要时也可以压缩空气为气氛， 测定样品的氧化反应。
差示扫描量热仪(DSC
差示扫描量热仪(DSC)
目录
CONTENTS
• DSC基本原理 • DSC实验操作 • DSC实验结果解读 • DSC实验中的问题与解决方案 • DSC实验的未来发展与展望
01 DSC基本原理
CHAPTER
定义与工作原理
定义
差示扫描量热仪（DSC）是一种用于测量物质在加热或冷却过程中热流变化的 仪器。
热量误差
检查仪器热流传感器是否 正常工作，定期进行热量 校准。
实验重复性差
确保实验操作一致性，控 制实验条件如气氛、样品 量等。
数据解读的注意事项
01
解读数据时应结合实验条件和样品特性，避免误判。
02
对于异常数据点，需进行核实和排除，避免影响数 据整体分析。
03
数据处理时应采用合适的数学方法和软件工具，确 保数据准确性和可靠性。
时间。
DSC与其他仪器的联用
DSC-FTIR联用
将DSC与FTIR光谱仪联用，同时获取样品的热学和化学信息，为 材料研究提供更全面的数据。
DSC-SEM联用
将DSC与扫描电子显微镜联用，观察样品在加热过程中的微观结构 和形貌变化。
DSC-NMR联用
将DSC与核磁共振谱仪联用，研究样品在加热过程中的分子结构和 动态行为。
05 DSC实验的未来发展与展望
CHAPTER
新技术与新方பைடு நூலகம்的应用
纳米技术
01
利用纳米技术制造更小、更灵敏的传感器，提高DSC的检测极
限和分辨率。
人工智能与机器学习
02
通过人工智能和机器学习算法对DSC数据进行深度分析，提高
实验结果的准确性和可靠性。
微流控技术
03
结合微流控技术，实现样品的高效处理和快速分析，缩短实验
目录
CONTENTS
• DSC基本原理 • DSC实验操作 • DSC实验结果解读 • DSC实验中的问题与解决方案 • DSC实验的未来发展与展望
01 DSC基本原理
CHAPTER
定义与工作原理
定义
差示扫描量热仪（DSC）是一种用于测量物质在加热或冷却过程中热流变化的 仪器。
热量误差
检查仪器热流传感器是否 正常工作，定期进行热量 校准。
实验重复性差
确保实验操作一致性，控 制实验条件如气氛、样品 量等。
数据解读的注意事项
01
解读数据时应结合实验条件和样品特性，避免误判。
02
对于异常数据点，需进行核实和排除，避免影响数 据整体分析。
03
数据处理时应采用合适的数学方法和软件工具，确 保数据准确性和可靠性。
时间。
DSC与其他仪器的联用
DSC-FTIR联用
将DSC与FTIR光谱仪联用，同时获取样品的热学和化学信息，为 材料研究提供更全面的数据。
DSC-SEM联用
将DSC与扫描电子显微镜联用，观察样品在加热过程中的微观结构 和形貌变化。
DSC-NMR联用
将DSC与核磁共振谱仪联用，研究样品在加热过程中的分子结构和 动态行为。
05 DSC实验的未来发展与展望
CHAPTER
新技术与新方பைடு நூலகம்的应用
纳米技术
01
利用纳米技术制造更小、更灵敏的传感器，提高DSC的检测极
限和分辨率。
人工智能与机器学习
02
通过人工智能和机器学习算法对DSC数据进行深度分析，提高
实验结果的准确性和可靠性。
微流控技术
03
结合微流控技术，实现样品的高效处理和快速分析，缩短实验
差示扫描量热仪(DSC)PPT课件
DSC应用：熔融温度(熔点)的测定
是否所有物质都有熔点？ 什么是熔点？
• 熔点是晶体将其物态由固态转变（熔化）为液态的过程中 固液共存状的温度。
• 结晶聚合物如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等材料.
熔融与结晶
表征熔融的四个参数： 1.吸热峰峰值 2.初始熔融温度 3.吸热峰面积 4.熔融结束温度
应用实例：熔融温度及热焓测试
金属铟的熔点，其DSC曲线近似一条垂直线，其熔点通常取外推起始温度，吸 收峰的面积为热焓
Sample: DSC-cal0224-In Size: 3.9900 mg
DSC
Method: ASTM E794-06
Comment: Nitrogen purging gas:50ml/min;Type of sample pan:Al
- higher viscosity
- more brittle
- lower enthalpy
Glass Transition is Detectable by DSC Because of a Step-Change in Heat Capacity
-0.6 -0.7 -0.8 -0.9
0.5 70
2
File: J:...\CAL\201202\DSC-In20120224‘ Operator: IR Run Date: 24-Feb-2012 13:30 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
Heat Flow (W/g)
0
156.70°C
28.54J/g
-2
• 当样品发生变化如熔融，提供给样品的热量都用来维持 样品的熔融，参比端温度仍按照炉体升温，参比端温度 会高于样品端温度从而形成了温度差。把这种温度差的 变化转变为热流差再以曲线记录下来，就形成了DSC的 原始数据。
第二章热分析方法DSCppt课件
S
R
1
23
4 5
6
图3-3 热流型DSC示意图 1．鏮铜盘；2．热电偶结点；3．镍铬板； 4．镍铝丝；5．镍铬丝；6．加热块
S
iS
R。 Rb
R
iR
R
Rg
Rg
图3-4 热流型DSC等效回路示意图
三．影响因素[2,3]
差示扫描量热法的影响因素与差热分析基本上相类 似，由于它用于定量测定，因此实验因素的影响显 得更为重要，其主要的影响因素大致有下列几方面： 实验条件 程序升温速率和所通气体的性质。气体 性质涉及气体的氧化还原性、惰性、热导性和气体 处于静态还是动态。 试样特性 试样用量、粒度、装填情况、试样的稀 释和试样的热历史条件等。 参比物特性 参比物用量、参比物的热历史条件。 为了从DSC曲线获得正确而可靠的定量数据，掌握 和了解这些影响因素是十分必要的。
161.33
372.68
2．试样特性的影响 (1)试样用量 试样用量是一个不可忽视的因素。通常用量不宜 过多，因为过多会使试样内部传热慢、温度递度 大，导致峰形扩大和分辨力下降。 例如试样用量对NH4NO3的相变温度和相变热焓 的影响。研究表明，随着试样用量的增大， NH4NO3的相变峰温和相变热焓稍有升高，见表 3-6。
表3-6 试样用量对NH4NO3相变温度和热焓的影响
试样用量 相变 mg
峰温 Tm( K)
标准 偏差
2
328.517 0.2166
5
Ⅳ-Ⅲ 328.946 0.3736
8
329.069 0.5040
2
40-Ⅰ 405.092 0.6532
8
405.028 0.5765
相变热焓 kJ/mol
差示扫描量热仪DSC曲线解析PPT演示课件
复合型DSC
*
复合型DSC
通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为DSC信号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。
*
结晶度的表征
u
测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。
u
%
结晶度
=
D
H
m
/
D
H
ref
*
u
两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线，明显地看到吸热峰的不同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。
结晶度的表征
可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。
u
*
增塑剂的影响
Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11
Heat Flow
100
Temperature (℃)
220
Plasticized
Unplasticized
增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分子玻璃态转化温度Tg和熔融温度Tm的影响。
u
一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。
u
*
固化过程的研究
u
Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热
环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。
DSC是评估固化度的有力工具。
*
高分子鉴别 热处理效应 晶区结构变化 物理老化过程
*
解析DSC曲线涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用DSC以外的其他热分析手段，如DSC-TG联用。同时，还可以与DSC-GC，DSC－IR等技术联用。
*
复合型DSC
通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为DSC信号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。
*
结晶度的表征
u
测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。
u
%
结晶度
=
D
H
m
/
D
H
ref
*
u
两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线，明显地看到吸热峰的不同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。
结晶度的表征
可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。
u
*
增塑剂的影响
Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11
Heat Flow
100
Temperature (℃)
220
Plasticized
Unplasticized
增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分子玻璃态转化温度Tg和熔融温度Tm的影响。
u
一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。
u
*
固化过程的研究
u
Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热
环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。
DSC是评估固化度的有力工具。
*
高分子鉴别 热处理效应 晶区结构变化 物理老化过程
*
解析DSC曲线涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用DSC以外的其他热分析手段，如DSC-TG联用。同时，还可以与DSC-GC，DSC－IR等技术联用。
DSC(示差扫描量热法)
K2 = 0.50
Tg(B)R 1W 6 W c 4 c0 .1 7W 3 5 tW 4 t0 .5 1W 0 2 v W 9 v
Wc + Wt + Wv = 1.0
误差 0.5C
H
22
在此基础上可扩充为计算 SSBR的公式
T g (S
S ) 1 B W 6 c R 1 4W 3 tT g 4 ,t 1W 2 v K 9 3 W sT g ,s W c 0 .7 W t5 K 1 0 .5 W v 0 K 3 W s
样品放置时间对Tg时 间的影响
[0] 51
[2] 53
[25] 56
10
50
90
Temperature C
从150C以320C/min降H到室温后放置[ ]天再测定 15
Tg测定的推荐程序
- 样品用量10~15 mg - 以20C/min加热至发生热焓松弛以上的温度 - 以最快速率将温度降到预估Tg以下50C - 再以20C/min加热测定Tg - 对比测定前后样品重量，如发现有失重则重复以上过程
32
结晶与熔融点必须反复循环加热－冷却，才能得到 可重复数据。
Tm 与 Tc 测定的重复性在3C左右 这一误差比Tg测定要高
H
33
PP的结晶与熔融
无规 PP Tg = -21C 间规PP (结晶度~25 %wt.) Tm = 133C 等规PP (结晶度~50 %wt.) Tm = 160C i-PP 中最常见的是晶格, 单斜，Tm = 160C. 压力下结晶会产生 晶格，六方， Tm = 152C
DSC Tg C
20
10
(70)
0
–10
–20
–30
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q--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个ΔT的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容 Cf,一定导致样品端温度高于参比端而产生一个ΔT，这些 ΔT都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之 为热阻热容的不平衡
• 常用坩埚类型：Al, Al2O3, PtRh
• 特殊坩埚类型： PtRh+Al2O3, Steel, Graphite, Cu, Ag, Au, Quartz 等
热分析实验技巧 – 坩埚类型的选择
• 根据不同的温度范围选择各具特点的不同坩埚。 • 根据不同的测试与反应类型选择各具特点的不同坩埚
• 常用测试标准：ASTM D3418-12ε1、ISO 11357-2-2013、GB/T 19466.2-2004
DSC应用：氧化诱导时间
• 氧化诱导时间(oxidation induction time)：指常压、氧气或空气气氛及在规定 温度下，通过量热法测定材料出现氧化放热的时间。表征稳定化材料耐氧化
对于TG测试（气固反应，或有气体产物逸出的热分解反应），若样品量 较大堆积较高，则根据实际情况适当选择堆积紧密程度。
热分析实验技巧 – 气氛
• 根据实际需要选择动态气氛、静态气氛或真空气氛。 • 静态、动态与真空比较：静态下气体产物扩散不易，分压升高，反应移
向高温；且易污染传感器。真空下加热源（炉体）与样品之间唯有通过 辐射传热，温度差较大。一般非特殊需要，推荐使用动态吹扫气氛。
。 • 对 600℃以下的测试，综合考虑测试效果与性价比，
以 Al 坩埚最佳。 • 对不同的坩埚须作单独的温度与灵敏度标定。
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变是可逆的
玻璃化转变温度测定的推荐程序
• 样品用量10~15毫克 • 以20℃/min加热至Tg以上30或50℃ • 以最快速度或20℃/min将温度降到Tg以下30或50℃ • 再以20℃/min加热测定Tg • 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程
差示扫描量热仪(DSC_图文.ppt
第一章 DSC基本原理
DSC定义
程序控温条件下，测量在升温、降温或恒温过程中品所吸收与 释放出的热量
Q200
DSC炉子
原理
• DSC监测样品和参比温度差（热流）随时间或温度变化 而变化的过程。
• 样品和参比处于温度相同的均温区，当样品没有热变化 的时候，样品端和参比端的温度均按照预先设定的温度 变化，温差ΔT=0。
根据以上数据计算固化度： DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht=(225.43J/g-37.490J/g)*100/ 225.43J/g=83%
第三章 实验技巧
• 升温速率 • 样品用量 • 灵敏度与分辨率 • 样品粒度与堆积方式 • 气氛 • 坩埚类型的选择 • 坩埚加盖与否的选择
热阻抗的不平 衡部分
热容量的不平 衡部分
ห้องสมุดไป่ตู้
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：监控产品质量
M&M巧克力，不溶在手，只溶在口
DSC应用：玻璃化转变
是否所有物质都存在玻璃化转变？ 什么是玻璃化转变？
玻璃化转变(Tg)
• 玻璃化转变：无定形或半结晶聚合物，从黏流态 或高弹态向玻璃态的转变温度
• 无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达 到它们的玻璃化转变，被冻结的分子微布朗运动 开始，因而热容变大，DSC基线向吸热一侧偏移
热分析实验技巧 – 升温速率
• 快速升温：易产生反 应滞后，样品内温度 梯度增大，峰（平台 ）分离能力下降；对 DSC 其基线漂移较 大，但能提高灵敏度 。
• 慢速升温：有利于 DTA、DSC、DTG相 邻峰的分离；TG相 邻失重平台的分离； DSC 基线漂移较小 ，但灵敏度下降。
对于 TG 测试，过快的升温速率有时会导致丢失某些中间产 物的信息。一般以较慢的升温速率为宜。 对于 DSC 测试，在传感器灵敏度足够的情况下，一般也以 较慢的升温速率为佳。
温速率对两者影响都大，因此在热效应微弱的情况下，常以选择较 慢的升温速率（保持良好的分辨率），而以适当增加样品量来提高 灵敏度。
热分析实验技巧 – 样品粒度与堆积方式
• 样品粒度小：比表面大，加速表面反应，加速热分解；堆积较紧密， 内部导热良好，温度梯度小，DSC、DTG 的峰温和起始温度均有所降 低。
DSC应用：熔融温度(熔点)的测定
是否所有物质都有熔点？ 什么是熔点？
• 熔点是晶体将其物态由固态转变（熔化）为液态的过程中 固液共存状的温度。
• 结晶聚合物如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等材料.
熔融与结晶
表征熔融的四个参数： 1.吸热峰峰值 2.初始熔融温度 3.吸热峰面积 4.熔融结束温度
• 样品堆积紧密：内部导热良好，温度梯度小；缺点是与气氛接触稍差 ，气体产物扩散稍差，可能对气固反应及生成气态产物的化学平衡略 有影响。
• 样品在坩埚底部铺平：有利于降低热电偶与样品间的温度差。
一般在灵敏度允可的情况下选择较小的样品量，对块状样品切成薄片或碎 粒，对粉末样品使其在坩埚底部铺平成一薄层。
• 当样品发生变化如熔融，提供给样品的热量都用来维持 样品的熔融，参比端温度仍按照炉体升温，参比端温度 会高于样品端温度从而形成了温度差。把这种温度差的 变化转变为热流差再以曲线记录下来，就形成了DSC的 原始数据。
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
表征结晶的两个参数： 1.放热峰峰值 2.放热峰面积
物质的性 质
决定
定性 定量
峰的形状 峰的数目 峰的位置 峰的面积
DSC测定熔点推荐程序
• 样品用量5~10mg • 以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃，以消除材
料热历史 • 以10℃/min将温度降到预期的结晶温度Tefc以下30或50℃ • 再以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃测定Tm • 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程 常用测试标准： ISO 11357-3-2011,ASTM E794-06(2012)，ASTM
热分析实验技巧 – 气氛
• 提高惰性吹扫气体的流量，有利于气体产物的扩散，有利化学反应向正 反应方向发展，减少逆反应；但带走较多的热量，降低灵敏度。
• 对于需要气体切换的反应（如反应中从惰性气氛切换为氧化性气氛）， 提高气体流量能缩短炉体内气体置换的过程。
• 不同的气体流量，影响到升温过程中的浮力效应与对流、湍流效应，影 响到 TG 的基线漂移。因此对TG测试必须确保气体流量的稳定性，不同 的气氛需要作单独的基线测试（浮力效应修正）
一般在 DSC 与热天平的灵敏度足够的情况下，亦以较小的样品量为宜。
热分析实验技巧 – 灵敏度与分辨率
一对矛盾：灵敏度 ←→ 分辨率 • 如何提高灵敏度，检测微弱的热效应：提高升温速率，加大样品量
。 • 如何提高分辨率，分离相邻的峰（平台）：使用慢速升温速率，小
的样品量。 • 由于增大样品量对灵敏度影响较大，对分辨率影响较小，而加快升
DSC典型综合图谱
玻璃化转 变
结晶
氧化 或分解
熔化
交联 (固化)
热流 -> 放热
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
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)。
• 对于动态气氛，根据实际反应需要选择惰性（N2, Ar, He）、氧化性（ O2, air）、还原性（H2, CO）与其他特殊气氛（CO2, H2O, SO2, CH4, 腐蚀性气氛如 Cl2、F2等），并安排气体之间的混合、切换关系。
• 对比惰性与氧化性气氛中的不同现象，可区别高分子的热裂解与热氧化 裂解。
• 常用惰性气氛导热性：He >> N2 > Ar • 选择导热性较好的气氛，有利于向反应体系提供更充分的热量，降低样
品内部的温度梯度，降低反应温度，提高反应速率；能使峰形变尖变窄 ，提高分辨率，使峰温向低温方向漂移；在相同的冷却介质流量下能加 快冷却速率；缺点是会降低 DSC 灵敏度。 • 不同导热性能的气氛，需要作单独的温度与灵敏度标定。
分解的一种相对度量。
DSC应用：固化度的测定
树脂基体固化程度,用DSC的实验结果表示为试样在某个条件下测 出的固化反应热与未固化试样完全固化的总反应热之比的百分数 DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht =(1- H/Ht) 100% Ht：未固化样品的完全固化总的反应热 H：样品的固化反应热 测试标准：ASTM E2160-04(2012)和HB 7614-1998