最新差示量热DSC技术简介DSC曲线解析PPT课件.ppt

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1、差示量热差示量热DSCDSC技术简介技术简介DSCDSC曲线解析曲线解析热分析热分析 国际热分析协会（国际热分析协会（ICTA)ICTA)热分析定义：热分析定义：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。系的一种技术。系的一种技术。系的一种技术。2 2功率补偿型功率补偿型功率补偿型功率补偿型(Power C(Power Compensationompensation)在样品和参比品始终在样品和参比品始终保持相同温度的条件下保持相同温度的条件下保持相

2、同温度的条件下保持相同温度的条件下，测定为满测定为满测定为满测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差足此条件样品和参比品两端所需的能量差足此条件样品和参比品两端所需的能量差足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为并直接作为信号信号 Q Q（热量差）（热量差）输出。输出。热流型热流型热流型热流型(Heat Flux)(Heat Flux)在给予样品和参比品在给予样品和参比品相同的功率下相同的功率下相同的功率下相同的功率下，测定样品和参比品测定样品和参比品测定样品和参比品测定样品和参比品两端的温差两端的温差两端的温差两端的温差 T T，然后根据热流方程，将然后根据热流方程，将 T T（

3、温差）换（温差）换算成算成 Q Q（热量差）作为信号的输出。（热量差）作为信号的输出。9 9FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink热流型热流型DSC功率补偿型功率补偿型DSCSample量热仪内部示意图量热仪内部示意图1010热流型热流型DSC功率补偿型功率补偿型DSC工作原理简图工作原理简图1111dQ/dt=dQ/dT dQ/dt=dQ/dT dT/dt dT/dtQ Q：热量：热量：热量：热量 t t：时间：时间：时间：时间 T T：温度：温

4、度：温度：温度dQ/dtdQ/dt：纵坐标信号，纵坐标信号，纵坐标信号，纵坐标信号，mWmW；dT/dt dT/dt：程序温度变化速率，：程序温度变化速率，：程序温度变化速率，：程序温度变化速率，C/min;C/min;纵坐标信号的大小与升温速度成正比纵坐标信号的大小与升温速度成正比纵坐标信号的大小与升温速度成正比纵坐标信号的大小与升温速度成正比1212功率补偿型功率补偿型 DSC的优点的优点 精确的温度控制和测量精确的温度控制和测量 更快的响应时间和冷却速度更快的响应时间和冷却速度 高分辨率高分辨率SampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinum

5、Resistance HeaterHeat Sink1313 基线稳定基线稳定 高灵敏度高灵敏度Sample热流型热流型 DSC的优点的优点1414Identical Indium Sample Run on HeatFlux and Power Compensation DSC1515Multiple Scans of Indium,Showing Precision1616 热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参微加热器和互相

6、贴近的梳型感应器构成，样品和参微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的电绝缘性，并最大程度地降低热阻。电绝缘性，并最大程度地降低热阻。电绝缘性，并最大程度地降低热阻。电绝缘性，并最大程度地降低热阻。复

7、合型复合型DSC1717复合型复合型DSC 通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块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。底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。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热流差则由微加热器进行快速功率补偿并热流差则由微加热器进行快速功率补偿并热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为作为作为作为DSCDSC信信信信号输出，同时把检测的试样

8、端温度作为试样温度进行号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。输出。输出。输出。这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳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。定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。1818 特特特特 点点点点1.保留热流型保留热流型保留热流型保留热流型DSCDSC的均温块结构，以保持

9、基线的稳定和的均温块结构，以保持基线的稳定和的均温块结构，以保持基线的稳定和的均温块结构，以保持基线的稳定和高灵敏度；高灵敏度；高灵敏度；高灵敏度；2.配置功率补偿式配置功率补偿式配置功率补偿式配置功率补偿式DSCDSC的感应器以获得高分辨率；的感应器以获得高分辨率；的感应器以获得高分辨率；的感应器以获得高分辨率；复合型复合型DSC1919基线与仪器的校正基线与仪器的校正2020基线的重要性基线的重要性基线的重要性基线的重要性1.样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的

10、信号必须加以区分；2.样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；3.平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。如何得到理想的基线如何得到理想的基线如何得到理想的基线如何得到理想的基线n干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；n选择好温度区间，区间越宽，得到理想

11、基线越困难；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；n进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。基基 线线2121校正的含义校正的含义校正的含义校正的含义校正温度与能量的对应关系校正温度与能量的对应关系校正温度与能量的对应关系校正温度与能量的对应关系校正的原理校正的原理校正的原理校正的原理方法：测定标准物质，使测定值等于理论值方法：测定标准物质，使测定值等于理论值方法：测定标准物质，使测定值等于理论值方法：测定标准物质，使测定值等于理论值手段：手段：手段：手段

12、：能量、能量、能量、能量、温度区间、温度绝对值温度区间、温度绝对值温度区间、温度绝对值温度区间、温度绝对值什么时候需要校正什么时候需要校正什么时候需要校正什么时候需要校正1.1.样品池进行过清理或更换样品池进行过清理或更换样品池进行过清理或更换样品池进行过清理或更换2.2.进行过基线最佳化处理后进行过基线最佳化处理后进行过基线最佳化处理后进行过基线最佳化处理后仪器的校正仪器的校正2222实验中的影响因素实验中的影响因素2323扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响灵敏度随扫描速度提高而增加灵敏度随扫描速度提高而增加灵敏度随扫描速度提高而增加灵敏度随扫描速度提高而增加分辨率随扫

13、描速度提高而降低分辨率随扫描速度提高而降低分辨率随扫描速度提高而降低分辨率随扫描速度提高而降低技巧：技巧：技巧：技巧：增加样品量得到所要求的灵敏度增加样品量得到所要求的灵敏度增加样品量得到所要求的灵敏度增加样品量得到所要求的灵敏度低扫描速度得到所要求的分辨率低扫描速度得到所要求的分辨率低扫描速度得到所要求的分辨率低扫描速度得到所要求的分辨率2424扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响扫描速度的影响2525样品制备的影响样品制备的影响样品几何形状：样品几何形状：样品与器皿的紧密接触样品与器皿的紧密接触样品与器皿的紧密接触样品与器皿的紧密接触样品皿的封压：样品皿的封压：底面平整、样品不外露底

14、面平整、样品不外露底面平整、样品不外露底面平整、样品不外露合适的样品量：合适的样品量：灵敏度与分辨率的折中灵敏度与分辨率的折中灵敏度与分辨率的折中灵敏度与分辨率的折中26261.1.用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；2.2.操作温度过高（铝样品皿，温度操作温度过高（铝样品皿，温度操作温度过高（铝样品皿，温度操作温度过高（铝样品皿，温度600600）；）；）；）；3.3.样品池底部电接头短路和开路；样品池底部电接头短路和开路；样品池底部电接头短路和开路；样品池底部电接头短路和开路；4.4

15、.样品未被封住，引起样品池污染。样品未被封住，引起样品池污染。样品未被封住，引起样品池污染。样品未被封住，引起样品池污染。仪器损坏的主要来源仪器损坏的主要来源仪器损坏的主要来源仪器损坏的主要来源2727DSC应用举例应用举例n n共共混混物物的的相相容容性性n n热热 历历 史史 效效 应应n n结结 晶晶 度度 的的 表表 征征n n增增 塑塑 剂剂 的的 影影 响响n n固固化化过过程程的的研研究究2828共混物的相容性共混物的相容性PE/PP BlendPP PEEndothermic Range:40 mW20C/min Heating Rate:Rate:50Temperature(

16、)200Heat Flow2929热历史效应热历史效应Polyester 高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖于温度，因而和高分子的热历史有关。于温度，因而和高分子的热历史有关。当高分子加热到当高分子加热到TgTg以上，局部链段的运动使分以上，局部链段的运动使分子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。3030结晶度的表征结晶度的表

17、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。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%结晶度结晶度=Hm/Href3131u两种不同结晶度的高密度聚乙烯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。同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。结晶度的表征结晶度的表征可以通过可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。有效的表征高分子结晶度的变化。u3232增塑剂的影响增塑剂的影响Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11 Heat Fl

18、ow 100Temperature()220PlasticizedUnplasticized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子玻璃态转化温度Tg和熔融温度和熔融温度Tm的影响。的影响。u一般，增塑剂的添加会降低高分子一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和和Tm。u3333固化过程的研究固化过程的研究uTg、固化起点、固化起点、固化完成、固化完成、固化热固化热u最大固化速率最大固化速率 Heat FlowTgCureOnset of CureDSC Results on Epoxy Resin0Te

19、mperature()300Heat Flow3434uuDSC Tg As Function of CureTemperatureHeat Flow Less CuredMore Cured固化过程的研究固化过程的研究随着固化度（交联度）的增加，随着固化度（交联度）的增加，TgTg上升上升交联后高分子分子量增加交联后高分子分子量增加3535uuuDecrease in Cure Exotherm As Resin Cure IncreaseTemperatureHeat FlowLess CuredMore Cured固化过程的研究固化过程的研究固化度高的环氧树脂，固化热小。固化度高的环氧树

20、脂，固化热小。环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。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。是评估固化度的有力工具。3636高高 分分 子子 鉴鉴 别别热热 处处 理理 效效 应应晶晶区区结结构构变变化化物物理理老老化化过过程程3737 解析解析DSC曲线涉及的技术面和知识面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，如以外的其他热分析手段，如DSC-TG联联用。同时，还可以与用。同时，还可以与DSC-GC，DSCIR等等技术联用。技术联用。3838谢谢 谢！谢！3939结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！40