《应用基础研究室仪器培训——总论差示扫描量热DSC技术简介学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应用基础研究室仪器培训——总论差示扫描量热DSC技术简介学习教案.pptx（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1应用基础研究室仪器培训应用基础研究室仪器培训总论总论(zn ln)差示扫描量热差示扫描量热DSC技术简介技术简介第一页，共39页。2热分析热分析 国际热分析协会（国际热分析协会（ICTA)热分析定义：热分析定义：在程序控制温度在程序控制温度(wnd)下，测量物质的下，测量物质的物理性质与温度物理性质与温度(wnd)关系的一种技术。关系的一种技术。第1页/共39页第二页，共39页。3DSCICTA 热分析方法的九热分析方法的九类类质量质量质量质量温度温度温度温度热量热量热量热量(rl(rlinging)尺寸尺寸尺寸尺寸力学力学力学力学声学声学声学声学光学光学光学光学电学电学电学电学磁学磁
2、学磁学磁学Differential Scanning Calorimeter Differential Scanning Calorimeter 第2页/共39页第三页，共39页。4基基本本原原理理基基本本原原理理基基 线线 与与 仪仪 器器 校校 正正基基 线线 与与 仪仪 器器 校校 正正实实验验实实验验(shyn)(shyn)的的影影响响因因的的影影响响因因素素素素应应用用实实例例应应用用实实例例PerKin Elmer Pyris 1 DSC第3页/共39页第四页，共39页。5第4页/共39页第五页，共39页。6仪器简要说明仪器简要说明 Pyris 1 DSC是功率补偿差是功率补偿差示
3、扫描量热仪。示扫描量热仪。DSC按程序升按程序升温，经历样品材料的各种转变温，经历样品材料的各种转变如熔化、玻璃化转变、固态转如熔化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究样品的吸热和变或结晶，研究样品的吸热和放热反应。放热反应。仪器应用范围仪器应用范围 可用于测量包括高分子材可用于测量包括高分子材料在内的固体料在内的固体(gt)、液体材、液体材料的熔点、沸点、玻璃化转变、料的熔点、沸点、玻璃化转变、比热、结晶温度、结晶度、纯比热、结晶温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热。度、反应温度、反应热。第5页/共39页第六页，共39页。7 仪器性能指标仪器性能指标温度范围：温度范围：-170725 C样品样
4、品(yngpn)量：量：0.5到到30mg量热灵敏度：量热灵敏度：0.2微瓦微瓦温度精度：温度精度：0.01 C加热速率：加热速率：0.1500 C/min量热精度：量热精度：0.1%第6页/共39页第七页，共39页。8DSC的基本原理的基本原理第7页/共39页第八页，共39页。9功率补偿型功率补偿型(Power Compensation)在样品和参比品始终保持相同温度在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足的条件下，测定为满足(mnz)此条此条件样品和参比品两端所需的能量差，件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号并直接作为信号 Q（热量差）输出。（热量差）输出。热流型热流型
5、(Heat Flux)在给予样品和参比品相同的功率下，在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品两端的温差测定样品和参比品两端的温差 T，然后根据热流方程，将然后根据热流方程，将 T（温差）（温差）换算成换算成 Q（热量差）作为信号的输（热量差）作为信号的输出。出。第8页/共39页第九页，共39页。10FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink热流型热流型 DSC功率补偿型功率补偿型 DSCSample量热仪内部量热仪内部(nib)示意图示意图第
6、9页/共39页第十页，共39页。11热流热流(rli)型型 DSC功率功率(gngl)补偿型补偿型 DSC工作工作(gngzu)原理简图原理简图第10页/共39页第十一页，共39页。12dQ/dt=dQ/dT dT/dtQ：热量：热量 t：时间：时间(shjin)T：温度：温度dQ/dt：纵坐标信号，纵坐标信号，mW；dT/dt：程序温度变化速：程序温度变化速率，率，C/min;纵坐标信号的大小与升温纵坐标信号的大小与升温速度成正比速度成正比第11页/共39页第十二页，共39页。13功率补偿型功率补偿型 DSC的优点的优点精确精确(jngqu)的温度控制和测量的温度控制和测量更快的响应时间更快
7、的响应时间(shjin)和冷却速度和冷却速度 高分辨率高分辨率SampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink第12页/共39页第十三页，共39页。14基线基线(jxin)稳定稳定高灵敏度高灵敏度Sample热流型热流型 DSC的优点的优点第13页/共39页第十四页，共39页。15Identical Indium Sample Run on HeatFlux and Power Compensation DSC第14页/共39页第十五页，共39页。16Multiple Scans of Indiu
8、m,Showing Precision第15页/共39页第十六页，共39页。17 热功率补偿感应器由铂精密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。精密温度测和参比端左右对称。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，并最大程度器之间的电绝缘性，并最大程度(chngd)地降低热阻。地降低热阻。复合型复合型复合型复合型DSCDSC第16页/共39页第十七页，共39页。18复合型复合型DSC
9、DSC 通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中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加热器进行快速功率补偿并作为加热器进行快速功率补偿并作为加热器进行快速功率补偿并作为DSCDSC信号输出，同时把检测信号输出，同时把检测信号输出，同时把检测信号输出
10、，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构(jigu)(jigu)的的的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。灵敏度和分辨率。灵敏度和分辨率。灵敏度和分辨率。第17页/共39页第十八页，共39页。19 特特 点点保留热流型保留热流型DSC的均温块结构，以保的均温块结构，以保
11、持基线持基线(jxin)的稳定和高灵敏度；的稳定和高灵敏度；配置功率补偿式配置功率补偿式DSC的感应器以获得的感应器以获得高分辨率；高分辨率；复合型复合型复合型复合型DSC第18页/共39页第十九页，共39页。20基线与仪器基线与仪器(yq)的校正的校正第19页/共39页第二十页，共39页。21基线的重要性基线的重要性样品产生样品产生(chnshng)的信号及样品的信号及样品池产生池产生(chnshng)的信号必须加的信号必须加以区分；以区分；样品池产生样品池产生(chnshng)的信号依赖的信号依赖于样品池状况、温度等；于样品池状况、温度等；平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的
12、基础。如何得到理想的基线如何得到理想的基线干净的样品池、仪器的稳定、池盖的干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；定位、清洗气；选择好温度区间，区间越宽，得到理选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；想基线越困难；进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。基基 线线第20页/共39页第二十一页，共39页。22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的原理校正的原理方法：测定标准方法：测定标准(biozhn)物质，使测定值等于理论值物质，使测定值等于理论值手段：能量、温度区间、温手段：能量、温度区间、温度绝对值度绝对值什么时候需要校正什么时候需要校正1.
13、样品池进行过清理或更样品池进行过清理或更换换2.进行过基线最佳化处理进行过基线最佳化处理后后仪器仪器(yq)的校正的校正第21页/共39页第二十二页，共39页。23实验中的影响实验中的影响(yngxing)因素因素第22页/共39页第二十三页，共39页。24扫描速度的影响扫描速度的影响灵敏度随扫描速度提灵敏度随扫描速度提高而增加高而增加分辨率随扫描速度提分辨率随扫描速度提高而降低高而降低技巧技巧(jqio)(jqio)：增加样品量得到所要增加样品量得到所要求的灵敏度求的灵敏度低扫描速度得到所要低扫描速度得到所要求的分辨率求的分辨率第23页/共39页第二十四页，共39页。25扫描扫描扫描扫描(s
14、omio)(somio)(somio)(somio)速度的影速度的影速度的影速度的影响响响响第24页/共39页第二十五页，共39页。26样品制备的影响样品制备的影响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：样品几何形状：样品几何形状：样品与器皿的紧密样品与器皿的紧密样品与器皿的紧密样品与器皿的紧密接触接触接触接触样品皿的封压：样品皿的封压：样品皿的封压：样品皿的封压：底面平整、样品不底面平整、样品不底面平整、样品不底面平整、样品不外露外露外露外露合适合适合适合适(hsh)(hsh)(hsh)(hsh)的样品的样品的样品的样品量：量：量：量：灵敏度与分辨率的灵敏度与分辨率的灵敏度与
15、分辨率的灵敏度与分辨率的折中折中折中折中第25页/共39页第二十六页，共39页。271.用力过大，造成样品池不可用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；挽救的损坏；2.操作温度过高（铝样品皿，操作温度过高（铝样品皿，温度温度600）；）；3.样品池底部电接头样品池底部电接头(ji tu)短短路和开路；路和开路；4.样品未被封住，引起样品池样品未被封住，引起样品池污染。污染。仪器仪器仪器仪器(yq)(yq)(yq)(yq)损坏的主要来源损坏的主要来源损坏的主要来源损坏的主要来源第26页/共39页第二十七页，共39页。28DSC应用应用(yngyng)举例举例n n共共混混物物的的相相容容性性共共混混
16、物物的的相相容容性性n n热热 历历 史史 效效 应应热热 历历 史史 效效 应应n n结结 晶晶 度度 的的 表表 征征结结 晶晶 度度 的的 表表 征征第27页/共39页第二十八页，共39页。29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()200Heat Flow第28页/共39页第二十九页，共39页。30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
17、的热历史有关。当高分子加热(ji r)到Tg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，同时释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。第29页/共39页第三十页，共39页。31结晶度的表征结晶度的表征u测量样品的熔解热，测试测量样品的熔解热，测试(csh)值除以参比值得到高分子的结晶度信值除以参比值得到高分子的结晶度信息。息。u%结晶度结晶度=Hm/Href第30页/共39页第三十一页，共39页。32u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。熔融点基本同。熔融点基本(jbn)一样，但是峰面积相差
18、很大。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有效有效(yuxio)的表征高分子结晶度的变化。的表征高分子结晶度的变化。u第31页/共39页第三十二页，共39页。33增塑剂的影响增塑剂的影响Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11 Heat Flow 100Temperature()220PlasticizedUnplasticized增塑剂会极大的改变高分子的性能增塑剂会极大的改变高分子的性能(xngnng)，因此有必要研究增，因此有必要研究增塑剂对高分子玻璃态转化温度塑剂对高分子玻璃态转化温度Tg和熔融温度和熔
19、融温度Tm的影响。的影响。u一般，增塑剂的添加一般，增塑剂的添加(tin ji)会降低高分子会降低高分子Tg和和Tm。u第32页/共39页第三十三页，共39页。34固化过程的研究固化过程的研究uTg、固化起点、固化起点(qdin)、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(sl)Heat FlowTgCureOnset of CureDSC Results on Epoxy Resin0Temperature()300Heat Flow第33页/共39页第三十四页，共39页。35uuDSC Tg As Function of CureTemperatureHeat Flow
20、Less CuredMore Cured固化过程的研究固化过程的研究随着随着(su zhe)(su zhe)固化度（交联度）的增加，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(zngji)(zngji)第34页/共39页第三十五页，共39页。36uuuDecrease 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度高的环氧树脂(hun yn sh zh)(hun yn sh zh)，固化，固
21、化热小。热小。环氧树脂环氧树脂(hun yn sh zh)(hun yn sh zh)完全固化时，观察完全固化时，观察不到固化热。不到固化热。DSC是评估固化度的有力是评估固化度的有力(yul)工具。工具。第35页/共39页第三十六页，共39页。37高高 分分 子子 鉴鉴 别别高高 分分 子子 鉴鉴 别别热热 处处 理理 效效 应应热热 处处 理理 效效 应应晶晶 区区 结结 构构 变变 化化晶晶 区区 结结 构构 变变 化化物物 理理物物 理理(wl)(wl)老老老老化化过过程程化化过过程程第36页/共39页第三十七页，共39页。38 解析解析解析解析DSCDSC曲线涉及的技术面和知识面曲线
22、涉及的技术面和知识面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，可利较广。为了确定材料转变峰的性质，可利较广。为了确定材料转变峰的性质，可利较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用用用用(lyng)DSC(lyng)DSC以外的其他热分析手段，如以外的其他热分析手段，如以外的其他热分析手段，如以外的其他热分析手段，如DSC-TGDSC-TG联用。同时，还可以与联用。同时，还可以与联用。同时，还可以与联用。同时，还可以与DSC-GCDSC-GC，DSCDSCIRIR等技术联用。等技术联用。等技术联用。等技术联用。第37页/共39页第三十八页，共39页。39谢谢 谢！谢！第38页/共39页第三十九页，共39页。