热分析-DSC-应用

1.DSC 定义与原理

2.DSC 曲线

3.DSC 应用

热分析

差示扫描量热法

(Differential scanning calorimetry )

武汉科技大学材料与冶金学院张海军教授

1. 差示扫描量热分析法

DTA面临的问题

定性分析，灵敏度不高

差示扫描量热分析法（DSC）

Differential Scaning Calarmeutry

——通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，保持试样与参比物之间温度始终保持相同，无温差、无热传递，使热损失小，检测信号大。灵敏度和精度大有提高，可进行定量分析。

1. 差示扫描量热法原理

DSC定义与原理

¾差示扫描量热法(DSC)是在程序控温下，测量物质和参比物之间的能量差随温度变化关系的技术。

¾DSC曲线，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。

¾DTA是测量ΔT-T 的关系，而DSC是测定ΔH-T 的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。

DTA与DSC比较

DTA:定性分析、测温范围大；

DSC:定量分析、测温范围不如DTA；

1. 差示扫描量热法原理

¾功率补偿型差示扫描量热

法；是在程序控温下，使

试样和参比物的温度相等

，测量每单位时间输给两

者的热能功率差与温度的

关系的一种方法。

¾热流型差示扫描量热法；

测量加热过程中试样吸收

或放出热量的流量。

¾DSC的使用温度一般低于

800°C.

¾差示扫描量热测定结果称为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 ）。

¾差示扫描量热曲线的形态外貌与差热曲线完全一样。放热(endothermic)效应用凸起正向的峰表示(热焓增加)，吸热(exothermic)效应用凹下的谷表示(热焓减少)。

2. 差示扫描量热法曲线

DSC 曲线DSC 曲线的影响因素主要有：样品、实验条件和仪器因素。 样品因素：主要是试样的性质、粒度及参比物的性质。 实验条件因素：升温速率。升温速率越大，峰温越高，峰面积越大、峰形越尖锐。炉内气氛类型和气体性质，气体性质不同，峰的起始温度和峰温甚至过程的焓变都会不同。

T

曲

RT

可

求得。

（2）比热容测定

在DSC 法中，热流速率正比于样品的瞬时比热容：

式中，为d H /d t 为热流速率（J ·s -1）；m 为样品质量（g ）；C P 为比热（J ·g -1℃-1）；d T /d t 为程序升温速率（℃·s -1）dt

dT mC dt dH p //=DSC 应用

¾为了解决dH/dt 的校正工作，可采用已知比热容的标准物质如蓝宝石作标准，为测定进行校正。

（3）反应动力学的研究¾为动力学研究提供定量数据，如固化程度、结晶度等。¾以不同胺为固化剂的环氧树脂的固化。

¾图中，根据DSC 曲线上的固化反应放热峰面积来估算高分子材料的固化程度。

DSC 应用

¾结晶度与熔解热成正比，因此可以通过DSC 测定样品中的百分结晶度。

¾

首先，根据DSC 峰面积计算熔融热焓ΔH f ；结晶度＝ΔH f /ΔH f *(100%)ΔH f *为结晶度100％时的熔融热焓，它的测定可以通过外推法，模拟法等。DSC 应用

DSC应用

DSC应用

DSC应用

DSC应用

DSC应用

综合热分析

1.综合热分析的发展

2.综合热分析的应用

武汉科技大学材料与冶金学院张海军教授

1. 综合热分析技术的发展

小型化、高性能化

仪器体积缩小，检测精度提高，测定温度范围加大。

热分析联用技术的应用——综合热分析

DTA-TG、DSC-TG、DSC-TG-DTG、DTA-TMA、DTA-TG-TMA 联用

与气相色谱、质谱、红外光谱等的联用

新型热分析技术

高压DTA、DSC技术

微分DTA技术

1. 综合热分析技术的发展

DTA、DTG、TG联用 利用DTA、DSC、TG、热膨胀

等热分析技术的联用，获取更多

的热分析信息。

多种分析技术集中在一个仪器上

，方便使用，减少误差。

热效应的判断

¾吸热效应+失重，可能为脱水或分解过程。

¾放热效应+增重，可能为氧化过程。

¾吸热，无重量变化，有体积变化时，可能为晶型转变。

¾放热+收缩，可能有新晶相形成。

¾无热效应而有体积收缩时，可能烧结开始。

1. 综合热分析技术的发展

¾DTA 与质谱( MS)联用，可以同步测量样品在热过程中质量热焓和析出气体组成的变化，对物质的组成进行剖析。DTA 与质谱联用

IR 与

DSC

联用

¾在大量塑料制品分析鉴定工作中

，仅靠IR 光谱分析有时难于得到正

确的结论。采用IR/DSC 联用充分发

挥了这两种仪器的特点，特别是对

于结构相似的高聚物的共混合物的

分析鉴定，可以较其他方法快捷准

确地得到分析鉴定结果，而且样品

用量少、分析速度快、操作简单。