差式掃描量熱法(DSC)基礎(chǔ)知識(shí)介紹
(文章來源:嘉峪檢測(cè)網(wǎng))
物質(zhì)的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化(如升華、氧化、聚合、固化、硫化、脫水、結(jié)晶、熔融、晶格改變或發(fā)生化學(xué)反應(yīng))時(shí),往往伴隨著熱力學(xué)性質(zhì)(如熱焓、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等)的變化,故可通過測(cè)定其熱力學(xué)性能的變化,來了解物質(zhì)物理或化學(xué)變化的過程。差式掃描量熱法(DSC)就是其中的一種分析方法。
1. DSC的工作原理
差示掃描量熱法 (DSC)是在程序控制溫度條件下,測(cè)量輸入給樣品與參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。
DSC方法:熱流式差式掃描量熱法,功率補(bǔ)償式差示掃描量熱法。
DSC曲線:記錄ΔP‘(IΔU)隨T(或t)的變化的曲線;吸熱(Endo)峰向下,放熱(Exo)峰向上
2. 差示掃描量熱儀
核心:測(cè)量池的設(shè)計(jì)
兩種DSC量熱池:
a) 鉑電阻測(cè)溫式
b) 熱電偶測(cè)溫式
與DTA相比:DSC儀器多了一個(gè)功率補(bǔ)償放大器,樣品與參比池下多了補(bǔ)償加熱絲
原理:試樣吸熱,補(bǔ)償器供熱給試樣,使試樣與參比物的溫度相等;試樣放熱,補(bǔ)償器供熱給參比物,使試樣與參比物溫度相等。
補(bǔ)償回路總電流:I = IS + IR
3. DSC在使用中應(yīng)注意的要點(diǎn)
(1)樣品要求
可以分析固體和液體樣品;固體樣品可以是粉末、薄片、晶體或顆粒狀;對(duì)高聚物薄
膜,可直接沖成圓片,塊狀的可用刀或鋸分解成小塊
(2)樣品用量的影響
樣品用量為0.5-10 mg;用量少,有利于使用快速程序溫度掃描,可得到高分辨率而提高定性效果,容易釋放裂解產(chǎn)物,獲得較高轉(zhuǎn)變能量;用量大,可觀察到細(xì)小的轉(zhuǎn)變,得到較精確的定量結(jié)果
(3)形狀的影響
樣品的幾何形狀對(duì)DSC峰形亦有影響;大塊樣品,由于傳熱不良導(dǎo)致使峰形不規(guī)則;
細(xì)或薄的樣品,可得到規(guī)則的蜂形,有利于面積的計(jì)算;對(duì)峰面積基本上沒有影響。
(4) 樣品純度
樣品純度對(duì)DSC曲線的影響較大;雜質(zhì)含量的增加會(huì)使轉(zhuǎn)變峰向低溫方向移動(dòng)而且峰形變寬
4.常用氣氛:
N2: 常用惰性氣氛
Ar: 惰性氣氛,多用于金屬材料的高溫測(cè)試。
He: 惰性氣氛,因其導(dǎo)熱性好,有時(shí)用于低溫下的測(cè)試
Air: 氧化性氣氛,可作反應(yīng)氣氛
O2: 強(qiáng)氧化性氣氛,一般用作反應(yīng)氣氛
特殊氣氛(如H2、CO、HCl 等)
考慮氣氛在測(cè)試所達(dá)到的最高溫度下是否會(huì)與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng),注意防止爆炸和中毒。
通過改變測(cè)試氣氛(如真空-氮?dú)?空氣),有助于深入剖析材料成分。
5. 常用坩堝
為了適應(yīng)千變?nèi)f化的各種樣品,避免樣品與坩堝材料之間的不相兼容,設(shè)備供應(yīng)商配備了多種不同材質(zhì)不同特點(diǎn)的坩堝。
常用坩堝:Al, Al2O3, PtRh
其它坩堝:PtRh+Al2O3, Steel, Cu, Graphite, ZrO2, Ag, Au, Quartz 等
壓力坩堝:中壓坩堝,高壓坩堝
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