聚合物的差示扫描量热分析

聚合物的差示扫描量热分析

聚合物的差示扫描量热分析

差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。

差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，大部分DAT应用领域都可以采用DSC进行测量，灵敏度和精确度更高，试样用量更少。由于其在定量上的方便更适于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。

一、实验目的和要求

1)掌握差示扫描量热法（DSC）的基本原理及仪器使用方法。

2)测量聚乙烯的DSC曲线，并求出其Tm、ΔHm和Xc 。

二、实验内容和原理

DSC简介

DSC是在程序控制温度下测量输入到物质（试样）和参比物的能量差与温度（或时间）关系的一种技术。根据测量的方法又可分为两种基本类型：功率补偿型和热流型，两者分别测量输入试样和参比物的功率差及试样和参比物的温度差。

DSC相对DTA的优势

差热分析（DTA）的缺点

1)精确度不高，只能得到近似值；

2)需要使用较多的试样，在发生热效应时试样温度与程序温度间有明显的偏差；

3)试样内部温度均匀性较差。

差示扫描量热法（DSC）的优点

1)灵敏度和精确度更高；

2)试样用量更少；

3)定量方便，易于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。

功率补偿型DSC的原理

功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个是控制温度，使试样和参比物以预定的程序升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物间的温差。这个温差是由试样的吸热或放热效应产生的。从补偿功率可以直接求得热流率

（1）

式中：ΔW——所补偿的功率；

ΔHS——试样的热焓；

ΔHR——参比物的热焓；

d H/d t——单位时间内焓变，即热流率（mJ/s）。

如果试样产生热效应则立即进行功率补偿，所补偿的功率为

（2）

式中：RS和RR分别为试样与参比物加热器的电阻。

令RS =RR =R，总电流IT =IS+IR，设VS和VR分别为试样加热器和参比物加热器的加热电压，其电压差ΔV =VS -VR ，所以

（3）

在式（3）中，IT为常数，则ΔW与ΔV成正比，因此用ΔV作为纵轴即可直接表示热流率d H/d t。

仪器校正和数据处理

试样变化过程中的总焓变即为吸热或放热峰的面积：

（4）

实际上由于补偿加热器与试样及参比物间有热阻，补偿的热量有部分漏失，因此仍需通过校正再求得焓变。如峰面积为S，则总焓变为：

（5）

K为仪器常数，不随温度和操作条件而变，只需取一温度点以标准物质校正即可。由于DSC的基线与试样及参比物的传热阻力无关，可以尽量减小热阻而提高灵敏度，此时仪器的响应也更快，峰的分辨率也更高。

DSC在聚合物中的应用

DSC在聚合物中领域有广泛的应用：①物性（如玻璃化转变温度、熔融温度、结晶温度、结晶度、比热容等）测定；②材料测定；③混合物组成的含量测定；④吸附、吸收和解吸过程研究；⑤反应性研究（聚合、交联、氧化、分解，反应温度或温区等）；⑥动力学研究。

图1为聚合物的典型DSC和DTA模式曲线，从中可以得到聚合物的各种物性参数。

图1 聚合物的典型DSC和DTA模式曲线

1) 固-固一级转变，2) 偏移的基线，3) 熔融转变，4) 降解或气化，

5) 玻璃化转变，6) 结晶，7)固化，交联，氧化等

1)结晶度XC的计算

（6）式中ΔHm为试样的熔融热，ΔH*为完全结晶聚合物的熔融热。

2)反应动力学

DSC用于反应动力学研究时的前提是反应进行的程度与反应放出或吸收的热效应成正比，即与DSC曲线下的面积成正比，于是反应率α可表示为：

（7）

（8）

（9）

式中：ΔH——温度T时的反应热；

ΔHT——反应的总热量；

S′——从T0到T曲线下的面积（图中曲线下阴影部分）；

S——DSC曲线下的总面积；

S′′=S′-S（图中曲线下空白部分）。

反应动力学方程可写为

（10）

式中：E为活化能，A为频率因子，R为气体常数，T为温度，n为反应级数。

取对数形式，

（11）

如果反应级数已知，那么上式左边对1/T作图应为一直线，由斜率可求得E，由截距可求得A。

3)等温结晶动力学

等温结晶过程的实验方法是采用响应速度快的DSC，将熔融状态的试样急冷到熔点以下的某一温度（结晶温度），并保持恒温进行测定。曲线首先回到基线，然后经过诱导期tid后出现放热峰。

此时式（8）中的1-α为时间t时未结晶的部分的分率。根据Avrami结晶动力学方程

（12）

式中：Xt为t时刻结晶相的重量分率，X∞为结晶终了时结晶相的重量分率。

上式可写成

（13）

以lg[-ln(1-α)] 对lg t作图得一直线，由斜率可得n，由截距可得结晶速率常数K。

DSC分析的影响因素

表1 DSC分析的影响因素

因

素

影响

样品①试样粒度对表面反应或受扩散控制的反应影响较大，粒度减小，峰温下降。

②参比物的导热系数也受到粒度、密度、比热容、填装方法等影响，还要考虑到气体和水分的吸

附，在制样过程中进行粉碎可能改变样品结晶度等。

③试样的装填方式影响到传热情况，装填是否紧密又和力度有关。测试玻璃化转变和相转变时，最好采用薄膜或细粉状试样，并使试样铺满坩埚底部，加盖压紧，尽可能平整，保证接触良好。放置坩埚的操作及位置也会有影响，每次应统一。

实验

条

件①一般试样量小，曲线出峰明显、分辨率高，基线漂移小；试样量大，峰大而宽，相邻峰可能重

叠，峰温升高。测Tg时，热容变化小，试样量要适当多一些。试样的量和参比物的量要匹配，以免两者热容相差太大引起基线漂移。

②升温速率提高时峰温上升，峰面积与峰高也有一定上升，对于高分子转变的松弛过程（如玻璃化转变），升温速率的影响更大。升温速率太慢，转变不明显，甚至观察不到；升温速率太快，转变明显，但测得Tg偏高。升温速率对Tm影响不大，但有些聚合物在升温过程中会发生重组、晶体完善化，使Tm和Xc都提高。升温速率对峰的行装也有影响，升温速率慢，峰尖锐，分辨率高；升温速率快，基线漂移大。

③炉内气氛则对有化学反应的过程产生大的影响。对玻璃化转变和相转变测定，气氛影响不大。

仪器①加热方式及炉子的形状会影响到向样品中传热的方式、炉温均匀性及热惯性的不同。

②样品支架也对热传递及温度分布有重要影响。

③测温位置、热电偶类型及与样品坩埚的接触方式都会对温度坐标产生影响。

仪器因素一般是不变的，可以通过温度标定检定参样对仪器进行检定。

三、主要仪器设备

1)仪器

①差动热分析仪，如图2所示；

②电子天平。

2)试样

①样品：聚乙烯；

②参比：α-Al2O3。

图2. 实验用差动热分析仪实物图

四、操作方法和实验步骤

1)开机预热30min。

2)转动手柄将电炉的炉体升到顶部，然后将炉体向前方转出。

3)准确称量5~6mg PE样品于坩埚中，放在样品支架的左侧托盘上，α-Al2O3参比坩埚放在右侧的托盘上。

4)小心地合上炉体，转动手柄将电炉的炉体降回到底部。

5)将“差动/差热”开关置于“差动”的位置，量程开关置于±100μV的位置。设定升温范围为

0~300℃，升温时间为30min，并在软件中设定相关参数。

6)打开加热开关，开始升温，同时软件开始采集曲线。

7)测量结束后，停止采集，保存曲线。

8)停止升温，关闭加热开关。

9)关闭软件，关闭各仪器开关。

注意事项

1)样品应装填紧密、平整，如在动态气氛中测试，还需加盖铝片。

2)升温程序的第二段设为300~-121℃，-121为停止指令，即温度达到300℃后停止加热。

3)“斜率”旋钮用于调整基线水平，已由老师调整好，不再自行调整。

五、实验数据记录和处理

聚合物熔点Tm

从DSC曲线熔融峰的两边斜率最大处引切线，相交点所对应的温度作为Tm。

聚合物的熔融热ΔHm

熔融热ΔHm由标准物的DSC曲线熔融峰测出单位面积所对应的热量（数据已储存于计算机中），然后根据被测试样的DSC曲线熔融峰面积，即可求得其ΔHm。

聚合物的结晶度Xc

根据式（6）计算聚合物的结晶杜Xc，式中ΔH*为完全结晶聚合物的熔融热，用三十二烷的熔融热（270.38J/g）代替。

六、实验结果与分析

对所得到的DSC曲线进行分析，图3为实验所得DSC曲线示意图，讨论实验过程的注意事项和影响因素。

图3. DSC曲线示意图

七、讨论、心得

1)实验原理部分，式（2）至式（3）的推导是建立在试样与参比物的温差等于零的基础上的，实际上只有存在温差（VΔT）才会进行补偿，但由于差热放热器的放大倍数很大，VΔT很小，所以式（3）是可靠的。

2)Tm和ΔHm除与聚合物分子量有关，且受测试方法影响外，究其本质，应当取决于结晶度以及结晶的完善程度，所以制样过程中应当尽量避免对其晶体造成破坏。

3)DSC的缺点是适用的温度较低，功率补偿型DSC最高温度只能做到725℃。目前超高温DTA可以做到2400℃，一般的高温炉也能做到1500℃。所以，需要用高温的矿物、冶金等领域还只能用DTA。但是对于温度要求不高，而灵敏度要求很高的有机高分子以及生物化学领域，DSC则是一种很有用的技术。

4)由于测试时试样内部必定存在温度梯度，所以其热导率对实验结果也应当是有影响的，而且这一影响不会因为标准物的校正而消除——因为标准物与试样的热导率是不同的，校正只能消除仪器因素的影响。但由于DSC灵敏度较高，所以可以通过减小试样量来降低这一影响。

八、思考题

1)DSC的基本原理是什么？在聚合物中有哪些用途？

2)DSC实验中如何求得过程中的热效应？

3)有一由快速冷却得到的低结晶度的PET样品，现在以较慢的升温速度作DSC实验直到分解。请画出其DSC谱图，并指出求得实验前样品结晶度的方法及计算公式。

九、预习要求

(1).了解实验原理。

(2).了解实验操作步骤及注意事项。

(3).写好预习报告，准备记录表格。

(4).初步回答思考题。

参考文献：

差示扫描量热仪的工作原理(DSC)

差示扫描量热仪的工作原理 差示扫描量热仪作为常见的煤炭化验设备—量热仪系列产品中 的一员，在整个的量热仪家族中占据这举足轻重的地位，一直以来，工作人员都在熟练的操作这些仪器进行工作，但是，同样也存在不少个的人对这种量热仪究竟是怎样工作的还不是很明白，本文特汇总部分资料说明下差示扫描量热仪的工作原理。 一、示差扫描量热法我们必须的明白这种量热仪运用的原理其实就是示差扫描量热法：示差扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差腡时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差腡消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化关系。如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系。 二、差示扫描量热仪差示扫描量热仪就是运用了以上的系统原理，现在我们找一款类似的设备看下这种类型的量热仪都有哪些配

置及特点？ （一）、主要配置制冷系统除霜功能动态调制DSC功能（二）、主要特点功率补偿型设计原理，直接测定能量和温度而非温度差，灵敏度为微型炉设计，仪器升降温速度快，热慢性小，平衡时间短量热精度±温度精度±温度范围-170℃～＋550℃动态量耗（三）、主要用途： 、高分子材料的定性，定量分析、熔点、玻璃化温度、结晶度、熔融热和结晶热、纯度、反应动力学、比热、相转变温度、相容性面向学科： 广泛应用于塑料，橡胶，涂料，胶粘剂，医药，石油化工等不同领域熟悉这种差示扫描量热仪的各种原理及配置后，以后我们在操作这种量热仪的时候就能够做到真正的熟练顺手，同时我们也将更多的一下类似于智能一体定硫仪、定硫仪、自动量热仪、微机全自动量热仪等各种煤炭化验设备，欢迎大家共同参与讨论学习 差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T 或时间t为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。该法使用温度范围宽（-175~725℃）、分辨率高、试样用量少。适用于无机物、有机化合物及药物分析。 分类

1_差示扫描量热法的原理

1 差示扫描量热法的原理 DSC(differential scanning calorimetry)差示扫描量热法，是在程序控制温度下，测量输出物质与参比物的功率差与温度关系的一种技术。其主要特点是使用的温度范围比较宽（-175~725°C）、分辨能力高和灵敏度高。差示扫描量热仪得到的曲线以每秒钟的热量变化（热流率dH/dt）为纵坐标, 温度为横坐标, 称为DSC曲线, 与DTA 曲线形状相似,但峰向相反。在具体分析中图谱中峰的方向表示吸热或放热（通常峰表示放热,谷表示吸热）；峰的数目表示在测定温度范围内待测药物样品发生变化的次数；峰的位置表示发生转化的温度范围；峰的面积反映热效应数值的大小；峰高峰宽及对称性与测定条件有关外,往往还与样品变化过程的动力学因素有关。根据测量方法的不同，又分为两种类型：功率补偿型DSC 和热流型DSC。 1.1功率补偿型DSC 功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，其结构如图1-1所示。 图1-1 试样与参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时使参比物一边电流增大，直到两边达到热平衡，温差消失为止。也就是说，试样在热反应中发生热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面的两只电热补偿的热功率之差随时间的变化关系。如果恒速升温，记录的也就是热功率之差随温度的变化。 1.2 热流型DSC 在热流型DSC中试样和参比物在同一个加热炉内，它们受同一温度-时间程序的监控。热流型DSC的结构如图1-2所示，该仪器的特点是利用鏮铜盘把热量传输到试样和参比物的，并且鏮铜盘还作为测量温度的热电偶结点的一部分。传输到试样和参比物的热流差通过试样和参比物平台下的镍铬板与鏮铜盘的结点所构成的镍铬-鏮铜热电偶进行监控。试样温度由镍铬板下方的镍铬-镍铝热电偶直接监控。试样和参比物的温差DT与两者的热流差成正比。为了获得一条水平的理想基线，在热流型DSC的构造中，结构对称性必须很高，温度滞后应该很小，炉温要均匀且总的传热系数必须很大。

差热与热重分析研究五水硫酸铜的脱水过程与差示扫描量热法

差热与热重分析研究CuSO4?5H20的脱水过程与差示扫描量热法 一.实验目的 （1）掌握差热分析法和热重法的基本原理和分析方法，了解差热分析仪，热重分析仪，差热热重联用仪的基本结构，熟练掌握仪器操作。 （2）运用分析软件对测得数据进行分析，研究CuSO4?5H20的脱水过程。 （3）了解差示扫描量热法的基本原理和差示扫描量热仪的基本结构，熟练掌握仪器操作。 二.实验原理 1.差热分析法 物质在受热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往回发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着焓的改变，因而产生热效应，其表现为体系与环境（样品与参比物）之间有温度差。差热分析是在程序控温下测量样品和参比物的温度差与温度（或时间）相互关系。在加热（或冷却）过程中，因物理-化学变化而产生吸热或者放热效应的物质，均可运用差热分析法进行鉴定。 2.热重法 物质受热时，发生化学反应，质量也随之改变，测定物质质量的变化就可研究其过程。热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。 热重法的主要特点是定量强，能准确地测量物质的变化及变化的速率。 从热重法派生出微商热重法（DTG），即TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。DTG 曲线能精确地反映出起始反应温度，达到最大反应速率的温度和反应终止温度。在TG曲线上，对应于整个变化过程中各阶段的变化互相衔接而不易分开，同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，故DTG能很好地显示出重叠反应，区分各个反应阶段，而且DTG曲线峰的面积精确地对应着变化了的质量，因而DTG能精确地进行定量分析。 现在发展起来的差热-热重（DTA-TG）联用仪，是将DTA与TG的样品室相连，在同样气氛中，控制同样的升温速率进行测试，同时得到DTA和TG曲线，从而一次测试得到更多的信息，对照进行研究。 3.差示扫描量热法 差示扫描量热法(简称DSC)是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。 差示扫描量热法有功率补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。 DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好，因此DSC在聚合物领域获得了广泛应用，大部分DAT应用领域都可以采用DSC进行测量，灵敏度和精确度更高，试样用量更少。由于其在定量上的方便从而更适和测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。 三.仪器与试剂 1.仪器 日本岛津公司DTA-50差热分析仪；TGA-50热重分析仪；DTG60H差热-热重联用仪；日本岛津公司DSC60差示扫描量热仪；TA-60WS工作站；电子天平；SSC-30 压样机；FC60A气体流量控制器等。 2.试剂 待测样品CuSO4 5H2O；参比物Al2O3，In

差示扫描量热法DSC说明介绍

聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC） 差示扫描量热法是在差热分析（DTA）的基础上发展起来的一种热分析技术。它被定义为：在温度程序控制下，测量试量相对于参比物的热流速随温度变化的一种技术。简称DSC（Diffevential Scanning Calovimltry）。DSC技术克服了DTA 在计算热量变化的困难，为获得热效应的定量数据带来很大方便，同时还兼具DTA的功能。因此，近年来DSC的应用发展很快，尤其在高分子领域内得到了越来越广泛的应用。它常用于测定聚合物的熔融热、结晶度以及等温结晶动力学参数，测定玻璃化转变温度T g；研究聚合、固化、交联、分解等反应；测定其反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等，业已成为高分子研究方法中不可缺少的重要手段之一。 一、目的和要求 了解差示扫描量热法的基本原理及应用范围，掌握测定聚合物熔点、结晶度、结晶温度及其热效应的方法。 二、实验原理 DSC和DTA的曲线模式基本相似。它们都是以样品在温度变化时产生的热效应为检测基础的，由于一般的DTA方法不能得到能量的定量数据。于是人们不断地改进设计，直到有人设计了两个独立的量热器皿的平衡。从而使测量试样对热能的吸收和放出（以补偿对应的参比基准物的热量来表示）成为可能。这两个量热器皿都置于程序控温的条件下。采取封闭回路的形式，能精确、迅速测定热容和热焓，这种设计就叫做差示扫描量热计。DSC体系可分为两个控制回路。一个是平均温度控制回路，另一个是差示温度控制回路。

在平均温度控制回路中，由程序控温装置中提供一个电信号，并将此信号于 试样池和参比池所需温度相比较，与之同时程度控温的电信号也接到记录仪进行记录。现在看一下程序温度与两个测量池温度的比较和控制过程。比较是在平均放大器内进行的，程序信号直接输入平均放大器，而两个测量池的信号分别由固定在各测量池上的铂电阻温度计测出，通过平均温度计算器加以平均后，再输入平均温度放大器。经比较后，如果程序温度比两个测量池的平均温度高，则由放大器分别输入更多的电功率给装在两个测量池上的独立电热器以提高它们的温度。反之，则减少供给的电功率，把它们的温度降到与程序温度相匹配的温度。这就是温度程序控制过程。 DSC 与DTA 所不同的是在测量池底部装有功率补偿器和功率放大器。因此在示差温度回路里，显示出DSC 和DTA 截然不同的特征，两个测量池上的铂电阻温度计除了供给上述的平均温度信号外，还交替地提供试样池和参比池的温度差值△T 。输入温度差值放大器。当试样产生放热反应时，试样池的温度高于参比池，产生温差电势，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器。 在补偿功率作用下，补偿热量随试样热量变化，即表征试样产生的热效应。因此实验中补偿功率随时间（温度）的变化也就反映了试样放热速度（或吸热速度）随时间（温度）的变化，这就是DSC 曲线。它与DTA 曲线基本相似，但其

化合物纯度测定 差示扫描量热(DSC)法汇总

《化合物纯度测定差示扫描量热(DSC)法》编制说明 1. 制标任务来源 本标准系国家认证认可监督管理委员会2009年标准制修订项目计划2009B051《化合物纯度测定差示扫描量热(DSC)法》的制订，现已完成。 2. 标准制定的目的、意义和国内外同类研究概况 差示扫描量热技术（DSC Differential Scanning Calorimetry）对低分子化合物进行纯度测定在上世纪六十年代就提出来，在八十年代逐渐发展成熟，并得到广泛应用。它是测量在程序控温下，输入到样品和参比物的功率差与温度的关系的技术。又分为功率补偿式（Power Compensation）和热流式（Heat Flux）两种。与其它测定纯度的方法相比，DSC 法测定纯度具有许多优点：试样用量少，快速，操作简便，不需要标准品，不需分离杂质，能测定物质的绝对纯度，由DSC曲线计算出的杂质含量重现性好，准确度高，适合于测定高纯度化工医药产品。ASTM在上世纪80年代中期陆续颁布了一系列有关DSC技术测定物质纯度的标准，为DSC技术的应用奠定了基础。美国药典在1980年20版开始确定DSC法作为药品纯度检验的标准方法推荐使用, 并推荐DSC为药品纯度检验及生产质量控制方面的首选方法。DSC法也被标准定值机构列为可供使用的标准定值方法。 本项标准制修订项目计划是国家认证认可监督管理委员会2009年标准制修订项目计划2009B051《化合物纯度测定差示扫描量热(DSC)法》的制订，部分工作承接山东检验检疫局1999年度科研项目《差示扫描热分析（DSC）对固体有机化工品纯度、熔点测定的研究》（SK9903）的研究内容，并于2001年完成山东省地方标准《邻苯二甲酸酐的差示扫描量热法（DSC）纯度测定》的制订。本标准的制订参考了ASTM E 928-01《纯度的差示扫描热法测定标准试验方法》。 本标准立项后，课题组积极组织攻关研究，建立了差示扫描热分析法（DSC）对化合物纯度的测定方法，并对影响检测结果的重要实验条件进行了实验，得到纯度测定的优化条件；同时，组织了多个实验室参加的一致性水平试验，获得了方法的精密度、重现性及再现性数据。 3. 原理 用DSC测定纯度的方法在六十年代中期提出，后经许多研究者对数百种物质进行纯度测

15.-实验二-差示扫描量热法(DSC)

实验二差示扫描量热法(DSC) 在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。发生的热效大致可归纳为： （1）发生吸热反应。结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。 （2）发生放热反应。气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。（3）发生放热或吸热反应。结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。 用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。 由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。 DTA、DSC广泛应用于： （1）研究聚合物相转变，测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 。结晶动力学参数。 （2）测定玻璃化转变温度T g 。 （3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。 一、目的要求： 1．了解DTA、DSC的原理。 2．掌握用DSC测定聚合物的T g 、T c 、T m 、X D 。 二、基本原理： 1．DTA 图（11-1）是DTA的示意图。通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。比较先进的仪器还有数据处理部分。温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、

差示扫描量热法的应用

差示扫描量热法的应用 差示扫描量热技术在高分子材料与工程中的具体应用，将和差热分析技术一起讨论。为此，光将这两种技术作一比较，以便了解实际应用时究竟采用哪种技术更为有益．DTA和DSC的主要区别：DTA测定的是试样与参比物之间的温度差△T了，而DSC 测定的是热流率dH/dt，定量方便。因此，DSC的主要优点就是热量定量方便，分辨率高，灵敏度好．其缺点是使用温度低。以美国SII公司生产的DSC7020，最高温度只能到725℃．一般用到600℃以上，基线便明显变环，已不能使用最高灵敏度档．对于DTA，因为没有补偿加热器，目前超高温DTA，可做到2400℃，一般高温炉也能作到l 500一]700℃．所以，需要用高温的矿物、冶金等领域还只能用DTA．对于需要温度不高，而灵敏度要求很高的有机物高分子及生物化学领域，DSC则是一种很有用的技术，正因如此，其发展也非常迅速．本书列举的DSC曲线，就是用美国Perkin—Elmer公司生产的DSC—7型仪器测定的，见附录2． 近年来，DTA和DSC在高分子方面的应用特别广泛，如研究聚合物的相转变，测定结晶温度T c。结晶度θ，熔点T m，等温结晶动力学参数，破璃化转变温度了T g，以及研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，并测定反应温度成反应温区、反应热、反应动力学参数等．图1.29说明这两种技术在聚合物科学上的应用．图1.30例说明聚合物材料各种热行为在DTA(DSC)曲线上的表现形式． 这里仅就应用DTA(DSC)曲线测定熔点、比热容、玻璃化转变温度、纯度、结晶变、固化反应工艺参数相固化反动力学参数，以及聚合物材料组成的剖析等作简要的介绍．

实验2 聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)

实验二聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC) 在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。发生的热效大致可归纳为： （1）发生吸热反应。结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。 （2）发生放热反应。气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。（3）发生放热或吸热反应。结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。 用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。 由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。简称DSC （Differential Scanning Calorimetry）。因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。 DTA、DSC广泛应用于： （1）研究聚合物相转变，测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D。结晶动力学参数。 （2）测定玻璃化转变温度T g。 （3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。 一、目的要求： 1．了解DTA、DSC的原理。 2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。 二、基本原理： 1．DTA 图（11-1）是DTA的示意图。通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。比较先进的仪器还有数据处理部分。温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。气氛控制是为试样提供真空、保护气

差示扫描量热法(DSC)测定聚合物热性能

差示扫描量热法（DSC ）测定聚合物热性能 一、实验目的 1． 了解DSC 的基本原理，通过DSC 测定聚合物的加热及冷却谱图； 2． 通过DSC 测定聚合物的玻璃化转变温度)(g T 、熔点)(m T 和结晶温度)(c T 二、实验原理 （1）原理 DSC 分为功率补偿式DSC 和热流式DSC 。图1是功率补偿式DSC 示意图。 图1 功率补偿式DSC 示意图 当试样发生热效应时，如放热，试样温度高于参比物温度，放置在它们下面的一组差示热电偶产生温差电势，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使试样下面的电流减小，参比物下面的电流增大。降低试样的温度，增高参比物的温度，使试样与参比物之间的温差△T 趋于零。上述热量补偿能及时、迅速完成，使试样和参比物的温度始终维持相同。 （2）DSC 曲线 图2是聚合物DSC 曲线的模式图。当温度升高，达到玻璃化转变温度T g 时，

试样的热容由于局部链节移动而发生变化，一般为增大，所以相对于参比物，试样要维持与参比物相同温度就需要加大试样的加热电流。由于玻璃化温度不是相变化，曲线只产生阶梯状位移，温度继续升高，试样发生结晶则会释放大量结晶热而出现吸热峰。再进一步升温，试样可能发生氧化、交联反应而放热，出现放热峰，最后试样则发生分解、吸热、出现吸热峰。并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。 图2 聚合物DSC 曲线的模式图 确定T g 的方法是由玻璃化转变前后的直线部分取切线，再在实验曲线上取一点，使其平分两切线间的距离A ，这一点所对应的温度即为T g 。 T m 的确定，由峰的两边斜率最大处引切线，相交点所对应的温度取作为T m ，或取峰顶温度作为T m 。 T m 通常也是取峰顶温度。如果100％试样的熔融热*f H ?已知，则试样的结晶度可以用下式计算： 结晶度%100/* ???=f f D H H X （3）影响实验结果的因素 DSC 的原理和操作都比较简单，但取得精确的结果却很不容易，因为影响因素太多，这些因素有仪器因素、试样因素。仪器因素主要包括炉子大小和形状、热电偶的粗细和位置、加热速度、测试时的气氛、盛放样品的坩埚材料和形状等。试样因素主要包括颗粒大小、热导性、比热、装填密度、数量等。在固定一台仪器时，仪器因素中的主要影响因素是加热速度，样品因素中主要是样品的数量和

聚合物的热分析------差示扫描量热法(DSC)

化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC） 年级:2011级材料化学日期：2013-10-17 姓名：学号：同组人： 一、预习部分 1、差热分析 差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。 差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，大部分DAT应用领域都可以采用DSC进行测量，灵敏度和精确度更高，试样用量更少。由于其在定量上的方便更适于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。 2、DSC的工作原理 DSC和DTA的曲线模式基本相似。它们都是以样品在温度变化时产生的热效应为检测基础的，由于一般的DTA方法不能得到能量的定量数据。于是人们不断地改进设计，直到有人设计了两个独立的量热器皿的平衡。从而使测量试样对热能的吸收和放出（以补偿对应的参比基准物的热量来表示）成为可能。这两个量热器皿都置于程序控温的条件下。采取封闭回路的形式，能精确、迅速测定热容和热焓，这种设计就叫做差示扫描量热计。DSC体系可分为两个 控制回路。一个是平均温度控制回路，另一个是差示温度控制回路。 在平均温度控制回路中，由程序控温装置中提供一个电信号，并将此信号于试样池和参比池所需温度相比较，与之同时程度控温的电信号也接到记录仪进行记录。现在看一下程序温度与两个测量池温度的比较和控制过程。比较是在平均放大器内进行的，程序信号直接输入平均放大器，而两个测量池的信号分别由固定在各测量池上的铂电阻温度计测出，通过平

DSC 聚合物的差示扫描量热分析

实验报告 课程名称：高分子物理指导老师：成绩： 实验名称：聚合物的差示扫描量热分析实验类型：物性分析实验组别：第一组 一、实验目的和要求（必填）三、主要仪器设备（必填）五、实验数据记录和处理七、讨论、心得二、实验内容和原理（必填）四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析（必填） 一、实验目的和要求 1、掌握差示扫描量热法（DSC）的基本原理及仪器使用方法； 2、测量聚乙烯的DSC曲线，并求出其Tm等。 二、实验内容和原理 差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，大部分DAT应用领域都可以采用DSC进行测量，灵敏度和精确度更高，试样用量更少。由于其在定量上的方便更适于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。 DSC在聚合物中的应用：DSC在聚合物中领域有广泛的应用：①物性（如玻璃化转变温度、熔融温度、结晶温度、结晶度、比热容等）测定；②材料测定；③混合物组成的含量测定；④吸附、吸收和解吸过程研究；⑤反应性研究（聚合、交联、氧化、分解，反应温度或温区等）；⑥动力学研究。 三、主要仪器设备 差动热分析仪；电子天平；PET样品 四、操作方法和实验步骤 1、开机预热30min。转动手柄将电炉的炉体升到顶部，然后将炉体向前方转出。 2、制样：准确称量5-6mg PET样品于坩埚中，放在样品支架的左侧托盘上，α-Al2O3参比坩埚放在右侧的托盘上。小心地合上炉体，转动手柄将电炉的炉体降回到底部。 3、将“差动/差热”开关置于“差动”的位置，量程开关置于±100μV的位置。设定升 温范围为0-300℃，升温时间为1h,并在软件中设定相关参数。

差示扫描量热仪实验报告

4.差示扫描量热仪 一、实验目的及要求 1.了解差示扫描分析法的基本原理和差热扫描量热仪的基本构造； 2.掌握差热扫描量热仪的使用方法 二、实验原理 差示扫描量热仪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一种技术。根据测量方法的不同，又分为功率补偿型DSC和热流型DSC两种类型。常用的功率补偿DSC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。DSC是在控制温度变化情况下，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。 当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化的关系。 三、实验仪器 差示扫描量热仪Q100（DSC）测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，应用范围非常广，特别是材料的研发、性能检测与质量控制。材料的特性，如玻璃化转变温度、冷结晶、相转变、熔融、结晶、产品稳定性、固化/交联、氧化诱导期等，都是DSC的研究领域。美国TA仪器公司生产。 主要附件：Q系列Advantage操作软件及分析软件λ，压片机λ 技术参数: 温度范围：-90℃～ 550℃（压缩机制冷）；温度准确度：±0.1℃；温度精度：±0.01℃；量热精度（基于标准金属）：±1 %；最大量热灵敏：0.2μW；基线弯曲（-50℃～300℃）：10μW；基线重现性：10μW；动态范围：+/-500mW；线性升温速率：0.01 ～ 200℃/min；峰高/半峰高：2.2mW/℃ 功能应用：高分子材料的固化反应温度和热效应、物质相变温度及其热效应测定、高聚物材料的结晶、熔融温度及其热效应测定、高聚物材料的玻璃化转变温度。

聚合物的差示扫描量热分析

聚合物的差示扫描量热分析 聚合物的差示扫描量热分析 差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。 差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，大部分DAT应用领域都可以采用DSC进行测量，灵敏度和精确度更高，试样用量更少。由于其在定量上的方便更适于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。 一、实验目的和要求 1)掌握差示扫描量热法（DSC）的基本原理及仪器使用方法。 2)测量聚乙烯的DSC曲线，并求出其Tm、ΔHm和Xc 。 二、实验内容和原理 DSC简介 DSC是在程序控制温度下测量输入到物质（试样）和参比物的能量差与温度（或时间）关系的一种技术。根据测量的方法又可分为两种基本类型：功率补偿型和热流型，两者分别测量输入试样和参比物的功率差及试样和参比物的温度差。 DSC相对DTA的优势 差热分析（DTA）的缺点 1)精确度不高，只能得到近似值； 2)需要使用较多的试样，在发生热效应时试样温度与程序温度间有明显的偏差； 3)试样内部温度均匀性较差。 差示扫描量热法（DSC）的优点 1)灵敏度和精确度更高；