幾種常見(jiàn)的差示掃描量熱分析法

更新時(shí)間：2021-05-18

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　　差示掃描量熱分析(Differential Scanning Calorimetry，簡(jiǎn)稱DSC),是在程序控制溫度下，測(cè)量輸入到試樣和參比物的能量差隨溫度或時(shí)間變化的一種技術(shù)。

　　差示掃描量熱分析法就是為克服差熱分析在定量測(cè)定上存在的這些不足而發(fā)展起來(lái)的一種新的熱分析技術(shù)。該法通過(guò)對(duì)試樣因發(fā)生熱效應(yīng)而發(fā)生的能量變化進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)有的補(bǔ)償，保持試樣與參比物之間溫度始終保持相同，無(wú)溫差、無(wú)熱傳遞，使熱損失小，檢測(cè)信號(hào)大。因此在靈敏度和精度方面都大有提高，可進(jìn)行熱量的定量分析工作。

　　功率補(bǔ)償型差示掃描量熱法

　　功率補(bǔ)償型差示掃描量熱法是采用零點(diǎn)平衡原理。該類儀器包括外加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)和內(nèi)加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)兩種。

　　外加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)的主要特點(diǎn)是試樣和參比物仍放在外加熱爐內(nèi)加熱的同時(shí)，都附加有具有獨(dú)立的小加熱器和傳感器，即在試樣和參比物容器下各裝有一組補(bǔ)償加熱絲。其結(jié)構(gòu)如圖5.6，整個(gè)儀器由兩個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，其中一個(gè)控制溫度，使試樣和參比物在預(yù)定速率下升溫或降溫，另一個(gè)控制系統(tǒng)用于補(bǔ)償試樣和參比物之間所產(chǎn)生的溫差，即當(dāng)試樣由于熱反應(yīng)而出現(xiàn)溫差時(shí)，通過(guò)補(bǔ)償控制系統(tǒng)使流入補(bǔ)償加熱絲的電流發(fā)生變化。例如當(dāng)試樣吸熱時(shí)，補(bǔ)償系統(tǒng)流入試樣側(cè)加熱絲的電流增大；試樣放熱時(shí)，補(bǔ)償系統(tǒng)流入?yún)⒈任飩?cè)加熱絲的電流增大，直至試樣和參比物二者熱量平衡，溫差消失。這就是所謂零點(diǎn)平衡原理。這種DSC儀經(jīng)常與DTA儀組裝在一起，通過(guò)更換樣品支架和增加功率補(bǔ)償單元達(dá)到既可作為差熱分析又可作為差示掃描量熱法分析的目的。

　　內(nèi)加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)則無(wú)外加熱爐，直接用兩個(gè)小加熱器進(jìn)行加熱，同時(shí)進(jìn)行功率補(bǔ)償。由于不使用大的外加熱爐，因此儀器的熱惰性小、功率小、升降溫速度很快。但這種儀器隨著試樣溫度的增加，樣品與周圍環(huán)境之間的溫度梯度越來(lái)越大，造成大量熱量的流失，大大降低了儀器的檢測(cè)靈敏度和精度。因此這種DSC儀的使用溫度較低。

　　熱流型差示掃描量熱法

　　熱流型差示掃描量熱法主要通過(guò)測(cè)量加熱過(guò)程中試樣吸收或放出熱量的流量來(lái)達(dá)到DSC分析的目的，有熱反應(yīng)時(shí)試樣和參比物仍存在溫度差。該法包括熱流式和熱通量式，兩者都是采用差熱分析的原理來(lái)進(jìn)行量熱分析。

　　熱流式差示掃描量熱儀的構(gòu)造與差熱分析儀相近，如圖5.7所示。它利用康銅電熱片作試樣和參比物支架底盤(pán)并兼作測(cè)溫?zé)犭娕?，該電熱片與試樣和參比物底盤(pán)下面的鎳鉻絲和鎳鋁絲組成熱電偶以檢測(cè)差示熱流。當(dāng)加熱器在程序控制單元控制下加熱時(shí)，熱量通過(guò)加熱塊對(duì)試樣和參比物均勻加熱。由于在高溫時(shí)試樣和周圍環(huán)境的溫差較大，熱量的損失較大。因此在等速升溫的同時(shí)，儀器自動(dòng)改變差示放大器的放大系數(shù)，溫度升高時(shí)，放大系數(shù)增大，以補(bǔ)償因溫度變化對(duì)試樣熱效應(yīng)測(cè)量的影響。

　　熱通量式差示掃描量熱法的檢測(cè)系統(tǒng)如圖5.8所示。該類儀器的主要特點(diǎn)是檢測(cè)器由許多熱電偶串聯(lián)成熱電堆式的熱流量計(jì)，兩個(gè)熱流量計(jì)反向聯(lián)接并分別安裝在試樣容器和參比容器與爐體加熱塊之間，如同溫差熱電偶一樣檢測(cè)試樣和參比物之間的溫度差。由于熱電堆中熱電偶很多，熱端均勻分布在試樣與參比物容器壁上，檢測(cè)信號(hào)大，檢測(cè)的試樣溫度是試樣各點(diǎn)溫度的平均值，所以測(cè)量的DSC曲線重復(fù)性好、靈敏度和精確度都很高，常用于精密的熱量測(cè)定。