DSC(差示扫描量热仪)实验室教学讲解PPT课件

-，1，重要热分析技术：差热分析(差热分析=差热分析)差示扫描量热法(差示扫描量热法)热重分析(热重分析=热重分析)演化气体分析(TGA=演化气体分析)热机械分析(TMA=热机械分析)动力学热机械分析(DMA=动力学热机械分析)热光学分析(TOA=热光学分析)化学发光(TCL=热机械发光)，-，2，差示扫描量热法差示扫描量热法(差示扫描量热法)基本原理，-3，程序温度过程差示扫描量热法原理，应用：4，热流差示扫描量热法，K=f(温度，热阻，材料特性，)，样品的热效应导致参比和样品之间的热流不平衡，由于热阻的存在，参比和样品之间的温差(T)与热流差成正比。通过将T与时间积分，可以得到焓：5，硬件部分，-，6，DSC204F1结构，气体：两种吹扫气体，一种保护气体可以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，-，7，DSC的前身是差热分析差热分析，差热曲线峰形成，记录温差信号峰面积无焓显著性，-8，DSCvsDTA，工作原理差，差热分析，DSC，只能测试T 测试T信号，建立H和T，-9、差示扫描量热仪传感器、差示扫描量热仪/差示扫描量热仪传感器、差示扫描量热仪传感器、差示扫描量热仪传感器的结构差异，-10、差示扫描量热仪传感器类型、T、m、t-传感器之间的连接，响应速度最快，具有非常理想的峰分离能力的m-传感器，灵敏度是普通传感器的十倍以上，-、11、差示扫描量热仪、附件。 为了适应不断变化的样品，避免样品与坩埚材料不相容，配备了不同材料和不同特性的坩埚。几个坩埚的示意图如下：-，12，差示扫描量热法类型及其基本原理，差示扫描量热法类型：根据使用的不同测量方法，分为：热流功率补偿模块热流)，13-，13，热流。在给样品和参考的相同功率下，测量样品和参考两端的温度差t，然后根据热通量方程，t(温度差)被转换成q(热差)作为信号的输出。热流差示扫描量热仪与差示扫描量热仪非常相似，是一种定量差示扫描量热仪。所不同的是，在样品和对照品的支架下方设有电加热板，加热器在程序的控制下加热加热块，加热器的热量通过电加热板同时加热样品和对照品，使样品和对照品受热均匀。-，14，特性：稳定的基线和高灵敏度，-，15，热流DSC-工作原理，假设：1，传感器的绝对对称性，Tfs=Tfr，Rs=Rr=R2，样品和参比端Cpr-Cps3的热容量相等，样品和参比4的恒定加热速率，样品板和参比5的质量(热容量)相等，样品板、参比板和传感器之间没有热阻或热阻相等，-，16。功率补偿，在样品和参考始终保持相同温度的条件下，确定样品和参考两端满足该条件所需的能量差，并直接将其作为信号Q(热差)输出。DSC功率补偿式，-，17，功率补偿原理，当样品产生热效应，如放热时，样品的温度高于参考物质的温度，一组放置在它们下面的差分热电偶产生热电势，该热电势被差分热放大器放大，然后送到功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿电热丝的电流，以减少样品下的电流，增加参考物质下的电流。降低样品的温度，提高参考物质的温度，使样品和参考物质之间的温差T趋于零。热量补偿可以及时快速地完成，因此样品和参比物质的温度始终保持不变。-，18，动态零equ，-，19，-20，功率补偿DSC仪的主要特点，1。样品和参比分别有独立的加热器和传感器。整个仪器由两套控制电路监控。一组控制温度以预定速率升高样品和参考物质的温度，另一组补偿两者之间的温度差。2.不管样品产生的任何热效应，样品和参比都处于动态零平衡状态，即两者之间的温差T等于0。这是差示扫描量热法和差示扫描量热法技术之间最本质的区别。-、21、高分辨率、更快的响应时间和精确的温度控制以及测量的冷却速度、特性，-、22、差示扫描量热仪校准-基本概念，-、23、温度校准，热电偶的测量温度和样品的实际温度之间存在一定的偏差，坩埚热导率、气氛热导率、热电偶的老化程度，偏差程度取决于：-、24、多点拟合方法测试多个具有不同熔点的标准物质，并比较测量的熔点(差示扫描量热法、差示扫描量热法、cDTA.)与相应的理论熔点得到温度校正曲线(TT t)。精确的温度校正只能通过多点拟合法，-，25，灵敏度校正，适用的仪器：差示扫描量热法(DSC-TG组合)，-，26，灵敏度校正，校正方法：多点拟合法，比热法，-，27，多点拟合法(焓校正)测试多个不同熔点的标准物质，并将测得的熔融信号V*s/mg与熔融焓mW*s/mg进行比较，得到温度校正曲线( v/MW t)。灵敏度校正，-28，比热法(热流校正)使用比热标准样品，在“样品校正”模式(基线扣除模式)下进行动态温升试验，比较不同温度下的差示扫描量热法相对信号高度(单位v/mg)和Cp *小时(单位mW/mg)，得到灵敏度曲线：比热法适用范围：金属炉体(铂、铂铑、银等)。不适用于碳化硅炉体)不透明坩埚(铂铑、铝、石墨等。不用Al2O3坩埚)，灵敏度校正，-，29，DSC仪器维护，-，30，仪器操作，仪器始终可以处于启动状态，尽量避免频繁的启动和关闭。仪表应至少提前一小时启动，尽量避免至少提前一小时启动，并尽量不要打开炉体，直到恒温运行试验完成后炉温降至200以下。-、31、样品和坩埚、测试样品及其分解产物不得与测量坩埚发生反应。具体措施：实验前，我们应该对样品的成分有一个大致的了解。如果产生有害气体，实验应增加吹扫气体的量。测试样品及其分解产物不得污染传感器和热电偶。对于铝坩埚，测试终止温度不得超过600。绝对避免使用铂坩埚测试金属样品。对于测试金属样品，检查蒸气压-温度表，32，差示扫描量热仪炉体已被污染：清洗步骤：1。用酒精蘸棉签轻轻擦洗，2。在大流量惰性吹扫气氛下，空烧至600 , 3。在日常使用温度范围内进行基线验证测试。如果基线正常且没有峰值，传感器通常可以继续使用。4。标准样品铟和锌用于验证温度和灵敏度。如果温度和焓与理论值有很大偏差，则需要再次校正。污染清洗，33，热分析实验技术，34，选择合适的实验条件，热分析实验技术，升温速率，样品用量，实验气氛，坩埚选择，样品温度控制(STC)，差示扫描量热仪基线，热重基线(浮力效应)，样品制备方法，实验条件选择，升温速率，快速加热：差示扫描量热仪峰大变形，特征温度漂移到高温，相邻峰或失重台阶的分离能力降低，缓慢升温：有利于相邻峰或相邻失重平台的分离。差示扫描量热分析(DSC/DTA)峰形较小，热分析领域常用的升温速率为10K/分钟。动态分析可以通过使用在多个不同温度下获得的一系列测试结果来进行，实验条件的选择，2。样品量少，样品量少：测得的特征温度越低，越“真实”有利于增强相邻峰(平台)对气体产物扩散的分离能力，差示扫描量热仪峰形越小，样品量越大：可以增加差示扫描量热仪检测信号，加宽峰形，降低峰温至高温漂移峰分离能力，样品中温度梯度越大，气体产物扩散越差。在样品不均匀的情况下，可能有必要使用大量样品作为代表。-，38，样本量：平均剂量为5-15毫克。样品尺寸小，分辨率高，但灵敏度低，峰温低。样品体积大，分辨率低，但灵敏度高，峰温高。39，结合以上两点：提高对弱热效应的检测灵敏度：增加加热速率，增加样品体积，提高微量成分的热重检测灵敏度：增加样品体积，提高相邻峰(失重平台)的分离度：低慢速加热速率的样品体积，实验条件的选择，-，40，实验条件的选择，3。样品制备方法，块状样品：建议切成薄片或碎片，粉末样品：将其铺在坩埚底部的薄层上。堆叠方式：一般建议堆叠紧密，有利于样品内部的热传导。对于含有大量气体产物的反应，适当的做法是松开堆积的样品和参比物质。样品：除气体外，可以测量固体和液体样品。装载：试着使样品变薄并均匀分布在坩埚底部，以降低样品和容器之间的热阻。坩埚：铝坩埚通常用于高分子材料。温度低于500，参考物质必须是热惰性的。热容量和热导率应与样品相符。通常，当样品体积小时，可以放置空坩埚。42，实验条件的选择，4。大气，大气类别：动态大气静态大气真空，从保护平衡室和传感器以及防止分解产物污染的角度来看，一般推荐动态吹扫大气。如果需要真空或静态气氛，必须确保反应过程中释放的气体无害。对于聚合物的热重测试，真空气氛可以降低小分子添加剂的沸点，并在某些场合达到分离失重步骤的目的。-，43，天然橡胶/丁苯橡胶中增塑剂的分解。在N2气氛下，用标准热重法对天然橡胶/丁苯橡胶共混橡胶材料进行了分析，增塑剂的失重率为9.87%。(增塑剂的重量损失与橡胶的分解步骤有很大的重叠)，-，44，以及增塑剂在天然橡胶/丁苯橡胶中的分解。样品在真空下测试。由于增塑剂沸点的降低，挥发温度与橡胶分解温度分离，得到更准确的增塑剂质量百分比：13.10%。-，45，普通气氛：N2:普通惰性气氛，Ar:惰性气氛，主要用于金属材料的高温测试。由于其良好的导热性，He:惰性气氛有时用于低温测试。空气：氧化气氛可用作反应气氛。O2:强氧化性气氛，一般用作反应气氛。，考虑大气是否会与热电偶、坩埚等发生反应。在试验中达到最高温度时，注意防止爆炸和中毒，选择实验条件和特殊气氛(如H2、一氧化碳、氯化氢等)。):坩埚类型：耐驰提供最全面的坩埚类型，以满足各种测试需求，常用坩埚：铝，氧化铝，铂铑，其他坩埚：铂铑氧化铝，钢，铜，石墨，氧化锆，银，金，石英等。压力坩埚：中压坩埚，高压坩埚，-，47，实验条件的选择，铝坩埚，良好的传热，良好的灵敏度，峰值分离能力，基线性能等。温度范围为窄(N2He)气体流速、样品架、坩埚体积、基线扣除误差避免、校正试验和样品校正试验注意事项：气体流速与启动温度严格一致，样品启动前天平的稳定性与炉温和样品温度之间的平衡严格一致，-63，应用，-64，液体、固体、结晶、非晶(非晶态)，快速冷却/淬火，缓慢/普通冷却，物质的固液转变，Tc，Tm，Tg，Tg，冷结晶，-，65，转化非晶态：玻璃态，超弹性态，粘性流动态，晶体，玻璃化转变温度(弹性温度)，玻璃化转变温度(流动温度)，结晶熔点(结晶温度)，热分解温度(分解温度)，冷结晶温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解温度，热分解.100%？一些结晶材料来自熔体：快速冷却：结晶度会降低，玻璃化转变温度明显，熔化峰小，可能出现冷结晶峰。缓慢冷却：高结晶度、大熔融峰和相对不显著的玻璃化转变温度。差示扫描量热法计算结晶度：熔融峰面积(-冷结晶峰面积)/100%结晶的理论熔融焓，-，70，差示扫描量热法应用实例-聚酯，-，71，玻璃化转变的测定(差示扫描量热法)，其伴随着非晶聚合物从玻璃态转变到高弹性态期间的比热变化，并在差示扫描量热法曲线中反映为基线高度的变化(曲线拐点)。从该分析中，可以获得材料的玻璃化转变温度和比热变化程度。-，72，弹性橡胶的玻璃化转变温度，玻璃化转变温度与塑料/橡胶的使用温度有关。对于图中的橡胶，玻璃化转变温度较低，这表明该材料可以应用于较低的环境。73，玻璃化转变的测定(DSC)。通过对玻璃化转变温度的测定，几种无定形塑料(聚甲基丙烯酸甲酯、PVB、聚碳酸酯)可以加以区分，-74、差示扫描量热法应用实例-环氧树脂的固化，-75、聚合物材料的差示扫描量热法曲线受许多因素的影响，而且它往往需要两次试验，两次升温，聚合物材料的第一次升温，原始材料的性能随热历史(冷却结晶、应力、固化等)而变化。)和其他因素(水分、添加剂等。)获得。玻璃化转变通常伴随着过渡区的应力松弛峰。热固性树脂：如果它没有完全固化，第一次加热的Tg很低，伴随着不可逆的固化放热峰。一些结晶材料：计算室温下的原始结晶度，以及吸水性大的样品(如纤维等。)通常伴随着水分挥发吸热峰。可能掩盖样品的特征转变，-，76，聚合物材料，第二次加热，玻璃化转变：应力松弛峰被消除，曲线形状典型而规则，热固性树脂(未完全固化):玻璃化转变温度一般会升高。部分结晶材料：通过特定的冷却条件(结晶历史)研究结晶度、晶体熔化范围