速差示扫描量热仪

你们有[b]dsc差示扫描量热仪[/b]吗？dsc测什么？这些问题常常被客户问起，作为dsc差示扫描量热仪的生产厂家，针对客户的常见问题，来详细了解一下。　　dsc差示扫描量热仪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，都是差示扫描量热仪的研究领域。　　dsc差示扫描量热仪选择一种对热稳定的物质作为参比物，将其与样品一起置于DSC可按设定速率升温的电炉中，分别记录参比物的温度以及样品与参比物间的温度差△T，以温差△T对温度T作图就可以得到一条差热分析曲线，这种热分析曲线称为差热谱图，从差热谱图中可分析出试样的比热容和玻璃化转变温度Tg值。[align=center][img=,690,463]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211291358573976_8892_3513183_3.jpg!w690x463.jpg[/img][/align]　　dsc差示扫描量热仪具备哪些优势？以DSC300差示扫描量热仪为例，介绍其具备性能优势。　　1、智能控温系统。可通过软件多段温度设置，实现升温、恒温、降温等，操作方便快捷。　　2、全新的炉体结构设计，保温性能好，灵敏度高。　　3、仪器的灵敏度可达到0.001mW，测量的准确率大大提升。 　4、双向控制系统，可通过仪器界面和软件同时操作，提高了工作效率。　　5、7寸彩色触摸屏显示，显示的清晰度高，信息齐全。　　6、采用进口芯片，采集电路屏蔽抗干扰处理。

[align=center][b][font=黑体]差示扫描量热仪的原理、应用、影响因素及校正综述[/font][/b][/align][align=center][font=楷体][font=楷体]北京化工大学[/font] [font=楷体]陈思棋，桂伊玲，秦安宇[/font][/font][/align][b][font=宋体]摘要：[/font][/b][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]主要有两种基本类型：热通量[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]和功率补偿[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]，这两种仪器的仪器设计和测量原理有所不同，但它们有一个共同点是测量的信号与热流量成正比。影响[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]测试的因素有许多，诸如样品选取的一致性、吹扫气的气体条件、升温速率、样品质量等等。热流型[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]需要定期进行校验，检测所测试结果是否在误差范围内。[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]有许多应用：测定微塑料的组成及含量、对甲基丙烯酰胺接枝蚕丝的接枝率进行定量检测对合金热处理工艺进行分析等等。[/font][/font][b][font=宋体][font=宋体]关键词：差示扫描量热仪[/font][font=Times New Roman] DSC[/font][font=宋体]应用；影响[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]测试因素；[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]校准[/font][/font][font=黑体]一、[/font][b][font=黑体]引言[/font][/b][/b][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]设备已经成为化学和材料科学实验室的必备仪器，是作为表征热力学和动力学性质、相变和性质演化的通用标准工具。[/font][font=Times New Roman]Flash DSC[/font][font=宋体]大大扩大了加热和冷却速率的范围（高达每秒[/font][font=Times New Roman]100[/font][font=宋体]万度），可测量超短时间尺度中的变化。科学家们可以利用[/font][font=Times New Roman]Temperature-Modulated DSC[/font][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]TMDSC[/font][font=宋体]）将[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]信号的热容和动力学成分分离，达到区分重叠的过渡和检测二次过渡的效果。[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的应用十分广泛，[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]具有对各种大小能量波动的超高灵敏度，被大量用于检测加热、冷却、加压和退火过程中引发玻璃产生相变和结构变化产生的能量波动。但是[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的测定需要规范操作，对数据进行一定的矫正。我们首先阐述了传统[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]Flash DSC[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]TMDSC[/font][font=宋体]的原理，然后介绍了[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]影响因素和校正方法，最后简单列举了几种[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的应用实例。[/font][/font][b][font=黑体]二、[/font][b][font=黑体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=黑体]的原理[/font][/font][/b][/b][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]是最常用的热分析技术，应用包括[/font][/font][font=宋体]：[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]基础研究、开发新材料和质量检查。它既是一种例行的质量测试，也作为一个研究工具。[/font]DSC[font=宋体]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。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]差示温度控制回路也称为[/font][font=宋体]“能补环”。[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]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[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]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[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]消失[/font][/font][font=宋体][font=宋体]，整个系统保持[/font][font=宋体]“热零位”状态[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。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[/font]t[font=宋体]的变化关系。本质上，[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]测量[/font][/font][font=宋体]的是[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]样品受到特定温度[/font][/font][font=宋体]变化[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]时吸收或释放的热量[/font]/[font=宋体]能量。如果升温速率恒定，记录的就是热功率之差随温度[/font][font=Times New Roman]T[/font][font=宋体]的变化关系。[/font][/font][font=宋体]根据测量方法的不同，可分为热流型差示扫描量热法和功率补偿差示扫描量热法。[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]除[/font][/font][font=宋体]此之外[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体][font=宋体]还将介绍两种特殊的[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]仪器：[/font][font=Times New Roman]Flash [/font][/font][font='Times New Roman']DSC[/font][font=宋体]和[/font][font='Times New Roman']TMDSC[/font][font=宋体]的基本原理。[/font][b][font=黑体]（一）[/font][b][font='Times New Roman'][font=黑体]热通量[/font] DSC[/font][/b][/b][font='Times New Roman'][font=宋体]热通量[/font]DSC[font=宋体]是一种热交换量热计。可以通过具有给定热阻的[/font][/font][font=宋体]指定[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热传导路径[/font][/font][font=宋体]，来[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]测量样品与其周围环境间的热交换。热交换路径包括[/font][/font][font=宋体]：[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]磁盘式、炮塔式和气缸式测量系统。其中，[/font][/font][font=宋体]以[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]磁盘式测量系统最[/font][/font][font=宋体]为常用[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，热交换[/font][/font][font=宋体]借助支撑[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]固体样品的磁盘[/font][/font][font=宋体]进行[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。该系统可以在较宽的温度范围内[/font][/font][font=宋体]（[/font][font='Times New Roman']?190~1600°C[/font][font=宋体]）[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]快速准确地进行[/font]DSC[font=宋体]测量。[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]测量[/font][/font][font=宋体]需要[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]在特定的气氛[/font][/font][font=宋体]（如，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]氮气[/font][/font][font=宋体]、[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]氩气[/font][/font][font=宋体]等）[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]中进行。在具有盘式测量系统的[/font]DSC[font=宋体]中，主热对称[/font][/font][font=宋体]地[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]通过盘后从炉流到位于圆盘[/font][/font][font=宋体]状上的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]样品坩埚和[/font][/font][font=宋体]参比[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]坩埚。[/font][/font][font=宋体]当[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]样品坩埚[/font][/font][font=宋体]未加样品时[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，流入样品坩埚和参考坩埚的热量相同[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]通常以电位差形式表示[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]为零。如果样品发生任何相变，则稳态平衡[/font][/font][font=宋体]被打破，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]产生与[/font][/font][font=宋体]两种坩埚[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热流速率差成正比[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]微分信号。图[/font]1[font=宋体]显示了热通量[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的测量单元。[/font][/font][align=center][img=,218,227]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021437231806_2263_3237657_3.png!w273x284.jpg[/img][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]1[font=宋体]热通量[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的测量单元[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]根据傅里叶定律，对样品和参考样品的热流速率之差[/font][/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]信号[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][font=宋体]，[/font][/font][font=宋体]由下式计算：[/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][img=,176,33]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021437367589_4119_3237657_3.png!w220x42.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](1)[/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]其中，[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][sub][font='Times New Roman']S[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][sub][font='Times New Roman']R[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]分别为样品坩埚和参考坩埚的热通量。[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']S[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]和[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']R[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]是它们各自的温度，[/font]R[/font][sub][font='Times New Roman']th[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]是传感器的热阻。温差[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]由两个热电偶测量。通过定义热电偶[/font][font=Times New Roman]S[/font][font=宋体]的灵敏度，我们将[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]转换为热流[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][font=宋体]（在[/font][font=Times New Roman]W[/font][font=宋体]中）[/font][/font][font=宋体]：[/font][align=center][img=,108,32]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021437508177_5979_3237657_3.png!w135x40.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](2)[/font][/align][font=宋体][font=宋体]其中，[/font][font=Times New Roman]V[/font][font=宋体]是热电电压中的传感器信号。方程[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]中的热流速率Φ是[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]测量输出的信号。热量校准包括测定测量的热流速率Φ和真实热流速率Φ[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]true[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]之间的比例因子（[/font][font=Times New Roman]K[/font][/font][sub][font=宋体][font=宋体]Φ[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]），以及测量的交换热[/font][font=Times New Roman]Q[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]exch[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]和真实交换热[/font][font=Times New Roman]Q[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]true[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]之间的比例因子（[/font][font=Times New Roman]K[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]Q[/font][/font][/sub][font=宋体]）：[/font][align=center][img=,66,]file:///C:/Users/yangcf/AppData/Local/Temp/ksohtml70884/wps4.png[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=right][font='Times New Roman'](3)[/font][/align][align=center][img=,86,16]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021438026500_4907_3237657_3.png!w108x20.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](4)[/font][/align][font=宋体][font=Times New Roman]K[/font][/font][sub][font=宋体][font=宋体]Φ[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]的校准可以通过在恒定扫描速率[/font][font=Times New Roman]q = dT/dt[/font][font=宋体]下测量已知热容量[/font][font=Times New Roman]C[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]p[/font][/font][/sub][font=宋体]的样品中测量热流速率来实现。[/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][1][/font][/font][/sup][font=宋体]以下关系为样品吸收的热流量有效：[/font][align=center][img=,63,16]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021438145578_8145_3237657_3.png!w79x20.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](5)[/font][/align][align=center][img=,143,37]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021438259493_1097_3237657_3.png!w179x47.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](6)[/font][/align][font=宋体][font=Times New Roman]K[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]Q[/font][/font][/sub][font=宋体][font=宋体]可以通过将一个过渡峰上的积分与已知的过渡热[/font][font=Times New Roman]Q[/font][/font][sub][font=宋体][font=Times New Roman]true[/font][/font][/sub][font=宋体]进行比较而得到[/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][2][/font][/font][/sup][font=宋体]。[/font][align=center][img=,210,26]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021438372657_8102_3237657_3.png!w263x33.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](7)[/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]其中，[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][sub][font='Times New Roman']bl[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]为基线信号，即用两个空坩埚测量的热流量曲线，其中不发生物理或化学反应。因此，热流率和过渡热都可以分别校准。[/font][/font][b][font=黑体]（二）[/font][b][font='Times New Roman'][font=黑体]功率补偿[/font]DSC[/font][/b][/b][font='Times New Roman'][font=宋体]功率补偿[/font]DSC[font=宋体]是一种热补偿量热计。功率补偿型[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]系统有两个独立的控制回路，即平均温度控制回路和差示温度控制回路。平均温度控制回路也称为[/font][font=Times New Roman]“[/font][font=宋体]升温环[/font][font=Times New Roman]”[/font][font=宋体]，测出样品温度[/font][font=Times New Roman]T[/font][/font][sub][font='Times New Roman']s[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]和参比物温度[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']r[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]，然后取它们的平均值[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']a[/font][/sub][font=宋体]；[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]再把平均温度[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']a[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]与程序温度[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']p[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]相比较，以控制样品和参比的微炉，使平均温度[/font]T[/font][sub][font='Times New Roman']a[/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]跟随预定的程度温度变化。差示温度控制回路也称为[/font][font=Times New Roman]“[/font][font=宋体]能补环[/font][font=Times New Roman]”[/font][font=宋体]，当样品和参比物之间出现温差时用来调整样品支架或参比支架的热功率以消除这一温差用的。[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][img=,304,183]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021438497161_8138_3237657_3.png!w381x229.jpg[/img][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]2[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]功率补偿[/font]DSC[font=宋体]测量单元示意图[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]如图[/font]2[font=宋体]所示，有两个相同的微炉[/font][/font][font=宋体]在同[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]一个恒温室内。样品坩埚放置在一个微炉中，参考样品放置在另一个微炉中[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]样品和参比完全隔离[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]每个微炉都包含一个温度传感器和一个加热电阻器。在加热期间，为两个微型炉提供相同的电力。在单独的温度控制器的帮助下，样品和参考样品始终被加热在相同的温度。如果样品发生任何相变，样品和参比之间就会出现温差。这一温度差由两个微炉上的测温传感器准确地检测并反馈到差示温度控制回路，并由此回路调节两个支架上的加热功率，以补偿样品和参比物之间的温差，使整个系统保持[/font][font=Times New Roman]“[/font][font=宋体]热零位[/font][font=Times New Roman]”[/font][font=宋体]状态。补偿加热功率[/font][font=Times New Roman]ΔP[/font][font=宋体]与剩余的温差[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]成正比[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman']ΔP[/font][font=宋体]的[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]积分对应于样品的消耗或释放的热量。同样，我们需要将热电偶测量的温差[/font][font=Times New Roman]ΔT[/font][font=宋体]转换为热流速率[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][font=宋体]。功率补偿[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的输出信号也表示为[/font][/font][font='Times New Roman']Φ[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。根据[/font][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][sub][font='Times New Roman']true[/font][/sub][font='Times New Roman']=K[/font][sub][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][/sub][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]Φ[/font][font=宋体]的关系，[/font][font=Times New Roman]K[/font][/font][sub][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]Φ[/font][/font][/sub][font='Times New Roman'][font=宋体]也必须通过校准来确定。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]另一种类型的[/font]DSC“[font=宋体]混合系统[/font][font=Times New Roman]”[/font][/font][font=宋体]结合了[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]热通量和功率补偿系统的优点。[/font][/font][font=宋体]它[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]一个磁盘上[/font][/font][font=宋体]装[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]有一对传感器[/font][font=Times New Roman]?[/font][font=宋体]加热器组合。样品和参考样品之间的温差[/font][/font][font=宋体]通过[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]温度传感器测量，通过控制集成的加热元件进行补偿。温度传感器与其相应的加热器[/font][/font][font=宋体]需要保持[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]良好的热耦合[/font][/font][font=宋体]，以确保[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]传感器[/font][font=Times New Roman]?[/font][font=宋体]加热器元件之间的短时间常数和可忽略的交叉热流[/font][/font][font=宋体][font=宋体]。这种混合型[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]具有稳定的基线、高分辨率、低噪声[/font][/font][font=宋体]、[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]短时间常数以及[/font][/font][font=宋体]保持微[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]炉和测量系统间的温差小。[/font][/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]的工作模式通常分为两种类型，即恒定加热速率和变化加热速率。对于前一种类型，温度随时间呈线性变化：[/font][/font][align=center][img=,78,15]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021439053052_1682_3237657_3.png!w98x19.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](8)[/font][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]其中，[/font]t0[font=宋体]为起始温度，[/font][font=Times New Roman]t[/font][font=宋体]为时间。热通量[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的加热速率范围[/font][/font][font=宋体]为[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]是[/font]1[/font][font=宋体][font=Times New Roman]-[/font][/font][font='Times New Roman']50K/min[font=宋体]。在等温模式下，[/font][font=Times New Roman]t0[/font][font=宋体]为常数，[/font][font=Times New Roman]q[/font][font=宋体]为零。[/font][/font][b][font=黑体]（三）[/font][b][font=黑体][font=Times New Roman]Flash [/font][/font][font='Times New Roman']DSC[/font][/b][/b][font=宋体]由于[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]物理和化学过程的发生速度比[/font]10 K/min[font=宋体]的标准扫描速率要快得多[/font][/font][font=宋体]，诸如[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]亚稳态、分子重组和各种动力学现象[/font][/font][font=宋体]等，[/font][font='Times New Roman']Standard[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]的扫描速率[/font][/font][font=宋体]不够，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]很难用[/font]Standard[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]来探测。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]U[/font][/font][font='Times New Roman']ltrafast[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]仪器[/font][/font][font=宋体][font=宋体]也叫做[/font][font=Times New Roman]N[/font][/font][font='Times New Roman']ano[/font][font=宋体][font=Times New Roman]-[/font][/font][font='Times New Roman']calorimetry[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']DSC[font=宋体]或[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]Flash [/font][/font][font='Times New Roman']DSC[/font][font=宋体][font=宋体]，是首个扫描速度可达到[/font][font=Times New Roman]750K/min[/font][font=宋体]的[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]高速量热法[/font][/font][font=宋体][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman]Hyper DSC[/font][font=宋体]的优点在于它可以模拟在实际处理中使用的冷却速率中发生的温度?时间斜坡。芯片量热计会进一步发展为极其快速运行的芯片量热计。一些聚合物液体可以通过[/font][font=Times New Roman]Standard DSC[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]Hyper DSC[/font][font=宋体]在特定的冷却速率下玻璃化。其他聚合物液体的玻璃化只能通过基于芯片的快速扫描量热计来达到，更高的扫描速率使其也可以用在玻璃化极快结晶的玻璃化液体的情况。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]为了满足需求，研究者开发出了[/font][font=Times New Roman]Mettler-Toledo Flash DSC 1[/font][font=宋体]，这种功率补偿双型、芯片型快速扫描量热计（[/font][font=Times New Roman]FSC[/font][font=宋体]）扫描范围大大扩大，即从非常低的扫描速率到超高的冷却（[/font][font=Times New Roman]40000K/s[/font][font=宋体]）和加热（[/font][font=Times New Roman]50000K/s[/font][font=宋体]）速率。将[/font][font=Times New Roman]Flash DSC[/font][font=宋体]与传统的[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]结合，即可达到高于[/font][font=Times New Roman]7[/font][font=宋体]个数量级的扫描率。[/font][font=Times New Roman]Flash DSC 1[/font][font=宋体]被证明在校准、重复性、对称性和扫描率控制方面准确可靠。[/font][font=Times New Roman]Mettler-Toledo Flash DSC 1[/font][font=宋体]的温度窗口为[/font][font=Times New Roman]-95[/font][font=宋体]至[/font][font=Times New Roman]420[/font][font=宋体]°[/font][font=Times New Roman]C[/font][font=宋体]，适用于大多数有机玻璃和一些金属玻璃的研究。新开发的[/font][font=Times New Roman]Mettler-Toledo Flash DSC 2+[/font][font=宋体]的温度窗口扩展到[/font][font=Times New Roman]-95[/font][font=宋体]至[/font][font=Times New Roman]1000[/font][font=宋体]°[/font][font=Times New Roman]C[/font][font=宋体]，大大拓宽了结晶和熔化的系统。目前还不能制得紧贴在[/font][font=Times New Roman]Flash DSC[/font][font=宋体]芯片上超薄氧化玻璃样品，但是，通过吹制玻璃气泡进行软扩展[/font][font=Times New Roman]x[/font][font=宋体]射线吸收的精细结构，可以实现亚微米厚的样品[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman][3][/font][/font][font=宋体][font=宋体]。这种薄玻璃样品可以放置在传感器表面，稍微熔化后与传感器接触更好，以便[/font][font=Times New Roman]Flash DSC[/font][font=宋体]捕获样品的准确信号。[/font][/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,298,189]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021439307633_3986_3237657_3.png!w373x237.jpg[/img][img=,251,189]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021439180865_6240_3237657_3.png!w314x237.jpg[/img][/align][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]3[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]设备[/font]UFS1[font=宋体]的照片，内部设计[/font][font=Times New Roman]XI400[/font][/font][font=宋体]：[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]（[/font]a[font=宋体]）设备粘在陶瓷包装上，（[/font][font=Times New Roman]b[/font][font=宋体]）设备的两个电池之一的特写[/font][/font][font=宋体]；[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]膜中心覆盖有铝层的加热器构成样品区域[/font][/font][font=宋体]；[/font][font='Times New Roman']8[font=宋体]个热电偶的热结（箭头指向[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]个热电偶）位于样品区域内。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][img=,553,248]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021439430671_2736_3237657_3.png!w690x310.jpg[/img][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]图[/font]4[/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]芯片上[/font]UFS1[font=宋体]陶瓷的示意图横截面[/font][/font][/align][align=center][font=宋体] [/font][/align][font=宋体][font=Times New Roman]Flash DSC 1[/font][font=宋体]采用了一种基于[/font][font=Times New Roman]MEMS[/font][font=宋体]（微机电系统）传感器技术的带有双传感器的量热计芯片[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][4][/font][/font][/sup][font=宋体][font=宋体]。如图[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]和图[/font][font=Times New Roman]4[/font][font=宋体]所示，芯片上有两个相同的薄的氮化硅[/font][font=Times New Roman]/[/font][font=宋体]氧化物膜，分别用于样品和参考位点。薄膜悬浮在硅框架中，样品位于薄膜的中间，涂上铝以确保温度均匀分布。传感器的样品侧和参考侧各有两个热阻加热器。主加热器用于实现一般温度程序，副加热器用于补偿参考单元和样品单元之间的温差。样品的温度是由[/font][font=Times New Roman]8p[/font][font=宋体]型和[/font][font=Times New Roman]n[/font][font=宋体]型聚硅热电偶组成的，作为一个散热器。样品面积与周围环境之间的热阻（[/font][font=Times New Roman]Rth[/font][font=宋体]）由：[/font][/font][align=center][img=,61,33]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021439561243_1008_3237657_3.png!w77x42.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](9)[/font][/align][font=宋体][font=宋体]式中，[/font][font=Times New Roman]SDT[/font][font=宋体]为器件传输，即热电堆的输出电压与主加热器电阻中的输入功率之比；[/font][font=Times New Roman]N[/font][/font][font='Times New Roman']’[/font][font=宋体][font=宋体]为形成热电堆的热电偶数，[/font][font=宋体]α[/font][font=Times New Roman]s[/font][font=宋体]为热电堆的塞贝克系数。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]Flash DSC 1[/font][font=宋体]中采用动态功率补偿。多余功率的电池的动态切换，使所施加的补偿功率的符号总是正的。这种开关克服了传统功率补偿的缺点，使响应时间和分辨率提高，且无需量热校准即可将量热精度控制在[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]?[/font][font=Times New Roman]3%[/font][font=宋体]范围内。量热计芯片需要进行校准，以量化测量信号和样品温度之间的关系。首先对主加热器电阻进行等温校准和热堆灵敏度进行校准。[/font][font=Times New Roman]Flash DSC 1[/font][font=宋体]的最大温度误差保持在±[/font][font=Times New Roman]5 K[/font][font=宋体]。在一阶近似中，样品质量（[/font][font=Times New Roman]mS[/font][font=宋体]）与扫描速率[/font][font=Times New Roman](q)[/font][font=宋体]成反比，如下所述[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][5][/font][/font][/sup][font=宋体]：[/font][align=center][img=,72,34]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021440073086_9306_3237657_3.png!w90x43.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](10)[/font][/align][font=宋体][font=宋体]其中[/font][font=Times New Roman]C[/font][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]|CF|[/font][font=宋体]）是作为一个函数[/font][font=Times New Roman]CF[/font][font=宋体]的比例，即修正因子。[/font][font=Times New Roman]|CF|[/font][font=宋体]不应该太高，以避免高温修正、较大的热滞后和较差的分辨率。此外，样品质量和扫描速率不能太低，以确保可检测到的热流速率信号。[/font][/font][b][font=黑体]（四）[/font][b][font=黑体][font=黑体]温度调制[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][/b][/b][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]信号包括在玻璃化转变范围内的重叠的动态过程的卷积。过冷玻璃形成液体，如动态非均匀性，使热容量极为复杂，动力学和热力学对热容量的贡献不能使用传统的[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]与线性热速率标准进行解卷积。[/font][font=Times New Roman]TMDSC[/font][font=宋体]克服了[/font][font=Times New Roman]Standard DSC[/font][font=宋体]技术的局限性[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][6][/font][/font][/sup][font=宋体][font=宋体]。为了保持线性，样品在等温情况下，被施加远离于平衡小的温度正弦振荡来测量热容。[/font][font=Times New Roman]TMDSC[/font][font=宋体]的温度分布可以显示为：[/font][/font][align=center][img=,148,15]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021440190311_2004_3237657_3.png!w185x19.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](11)[/font][/align][font=宋体][font=宋体]其中，[/font][font=Times New Roman]At[/font][font=宋体]和ω分别为正弦振荡的振幅和角频率。区分方程[/font][font=Times New Roman]11[/font][font=宋体]导致了调制的加热速率[/font][/font][align=center][img=,122,29]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212021440298415_9351_3237657_3.png!w153x37.jpg[/img][/align][align=right][font='Times New Roman'](12)[/font][/align][font=宋体]在线性响应材料中，动力学响应比调制周期快；它们是在复平面上以恒定的角度移动的两个点。当一个动力学事件发生时，其时间尺度与调制周期相当或慢于调制周期，这两个函数之间的相位角随动态过程的速率而变化。因此，输入和输出函数仍处于相位角恒定的相位状态。在过冷液体区域，热容涉及振动和构型贡献，分子运动主导了热流过程。分子重排的平均时间尺度也比调制周期短得多，因此输入和输出函数是相位的。然而，当过冷液体在淬火时接近玻璃化过渡区时，结构弛豫时间将急剧增加到一个类似于玻璃化过渡范围内振荡的调制周期的时间尺度。因此，这两个函数之间的相位角在玻璃化转变的附近不断变化[/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][7][/font][/font][/sup][font=宋体]。[/font][font=宋体][font=宋体]将相位角设置为弛豫时间的分布的线性函数，可以研究玻璃中的动力学过程和弛豫动力学。由于[/font][font=Times New Roman]TMDSC[/font][font=宋体]技术依赖于一个单一的恒定频率，因此在玻璃化转变范围内的温度扫描代表了对给定观测时间（或频率）的动态域的响应。然而，相同的调制可以在一个频率范围内重复，以探测整个系统或局部域的热流（或焓响应）的频率依赖性。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=黑体]三、[/font][b][font=黑体]影响因素[/font][/b][font=黑体]（一）[/font][b][font=黑体]影响因素[/font][/b][font=黑体]1．[/font][b][font=黑体]样品选取一致性原则[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]选择测试样品的原则包括（[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]）样品具有稳定性，即样品的检测结果需要具有可重复性。（[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]）样品的测试范围应在常用高分子材料的检测范围内（[/font][font=Times New Roman]-50~300[/font][font=宋体]℃），实验结果往往更加准确。[/font][/font][b][font=黑体]2．[/font][b][font=黑体]坩埚使用原则[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]在[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]测试过程中坩埚种类的选择[/font][/font][font=宋体]是首先要注意的问题[/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][8][/font][/font][/sup][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]在坩埚的选择方面应该注意：[/font][/font][font=宋体][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]）[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]除坩埚起催化作用[/font][/font][font=宋体]外，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]例如使用铜坩埚测试氧化诱导期[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]坩埚不能和样品发生反应[/font][/font][font=宋体][font=宋体]；（[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]）[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]在测试温度范围内坩埚不能熔融；（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）[/font][/font][font=宋体]坩埚[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]具有足够的容积来盛放样品，一般[/font][/font][font=宋体]不[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]超过坩埚容积的一半[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman][9][/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]；（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]4[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）不含挥发物的样品通常使用的是加盖标准铝坩埚（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]40[/font][font=宋体]μ[/font][font=Times New Roman]L[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，高度约为[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]1.5mm[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，内径约为[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]5mm[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]），并对铝坩埚盖子进行打孔（通常孔径为[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]20~100[/font][/font][font='Times New Roman']μ[/font][font=宋体][font=Times New Roman]m[/font][font=宋体]）[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][[/font][/font][/sup][sup][font=宋体][font=Times New Roman]12[/font][/font][/sup][sup][font=宋体][font=Times New Roman]][/font][/font][/sup][font='Times New Roman'][font=宋体]，本实验使用的坩埚盖孔径相同约[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]5[/font][/font][font='Times New Roman']0μm[font=宋体]）。[/font][/font][font=宋体]对于[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]含挥发物样品[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]如果需要阻止汽化[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]则应该使用密封的[/font]40μL[font=宋体]标准铝坩埚或中压坩埚，如果[/font][/font][font=宋体]汽化不影响实验结果及仪器，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]则一般使用坩埚盖子打孔的[/font]40μL[font=宋体]标准铝坩埚；（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]5[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）高压坩埚适用于高能材料或爆炸物；（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]6[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）高分子样品一般使用铝坩埚，但超过[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]500[/font][/font][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]℃[/font][font=宋体]铝会发生变形，因此大于[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]500[/font][/font][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]℃[/font][font=宋体]的测量，应根据实际样品选择合适的坩埚种类[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][10][/font][/font][/sup][font=宋体] [/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman][11][/font][/font][/sup][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][b][font=黑体]3．[/font][b][font=黑体]吹扫气的气体条件[/font][/b][/b][font='Times New Roman'][font=宋体]实验气氛对[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]测试曲线[/font][/font][font=宋体]具有显著的影响[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，首先选择合适的吹扫气体种类：（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]1[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）防止氧化，需要选择惰性气体，如：氮气、氩气[/font][/font][font=宋体]等[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]不会产生氧化反应峰，同时又减少试样挥发物对检测器的腐蚀；（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]2[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]）研究氧化诱导期（[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]OIT[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]），则通常需选择相应的反应性气体，例如空气和氧气。其次，[/font][/font][font=宋体]实验员[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]需要确定适当的吹扫气流量，一般在[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]20~100mL/min[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]之间，也可根据实际测试需要对气流进行调节，[/font][/font][font=宋体]最常用[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]的吹扫气体速率为[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]50mL/min[9[/font][font=宋体]，[/font][font=Times New Roman]10][/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，此外，气流量也要始终保持恒定，否则会引起基线的波动。最后，在吹扫气体的种类和气流量固定时，坩埚的密封性也会对实验测试有一定的影响，[/font][/font][font=宋体][font=宋体]苏小琴、王伟等人根据[/font][font=Times New Roman]In[/font][font=宋体]标样在全密封铝坩埚、加打孔盖的铝坩埚、敞开铝坩埚[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]测试得到的起始温度和熔融焓分别为[/font][font=Times New Roman]157.15[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]156.69[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]156.43[/font][font=宋体]℃和[/font][font=Times New Roman]29.45[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]28.52[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]29.55J/g[/font][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman][1][/font][font=宋体]其中使用加打孔盖的铝坩埚测试数值更接近于标准[/font][font=Times New Roman]In[/font][font=宋体]（起始点温度：[/font][font=Times New Roman]156.6[/font][font=宋体]℃，熔融焓：[/font][font=Times New Roman]28.5J/[/font][font=宋体]ｇ），分析得到由于厂家使用加打孔盖的铝坩埚校准仪器，故加打孔盖的铝坩埚结果与标准结果最为接近，实验中优先选择加打孔盖的铝坩埚作为容器。[/font][/font][b][font=黑体]4．[/font][b][font=黑体]升温速率[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]在[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]测试温度设置方面[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]根据测试样品特性，选择合适的温度范围[/font][/font][font=宋体]后，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]一般起始温度应比第一个热效应低大约[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]β[/font][/font][font='Times New Roman'][font=Times New Roman]℃[/font][font=宋体]（[/font][font=Times New Roman]β[/font][font=宋体]为升温速率），这样在第一个热效应发生前基线便能稳定。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]随着升温速率的升高，样品特征温度均会向高温方向移动，这与升温速率快，产生一定的热量的滞后有关。同时，加热速率会影响样品的熔融峰面积，在实际测试中如果没有特殊要求，则一般使用的升温速率为[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]10[/font][/font][font='Times New Roman']℃[/font][font=宋体][font=Times New Roman]/min[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]，但是对于一些热效应不明显的测试时，可以适当增大升温速率来检测微弱效应；而对于一些放热较高的测试比如含能材料的测试则应该减小升温速率。一般来说，升温速率越快，灵敏度越高，分辨率下降[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman][11][/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]。[/font][/font][b][font=黑体]5．[/font][b][font=黑体]样品质量[/font][/b][/b][font='Times New Roman'][font=宋体]随着样品的质量增加，起始点温度、峰温度及终止点的温度都呈上升趋势，[/font][/font][font=宋体][font=宋体]同时样品用量增加导致峰面积增加。增加样品有利于微弱反应的检测，同时过量样品也会造成仪器污染和实验结果分辨率下降。因此实验室通常要求一般样品用量为[/font][font=Times New Roman]5~10m[/font][font=宋体]ｇ，体积不超过坩埚容积的[/font][font=Times New Roman]1/2[/font][font=宋体]；对于具有强放热效应的样品，如炸药需较少量的样品，比如[/font][font=Times New Roman]0.5~1m[/font][font=宋体]ｇ或者更少。[/font][/font][b][font=黑体]6．[/font][b][font=黑体]样品预处理[/font][/b][/b][font=宋体]样品预处理的目的是使样品均匀、密实分布在样品皿内，以提高传热效应，填充密度，减少试样与坩埚之间的热阻，使测量结果尽可能精确。理想的样品几何形态包括：固体样品制成粉末、薄片、晶体或颗粒状；对高聚物薄膜，可直接冲成圆片，块状的可用刀或锯分解成小块。[/font][b][font=黑体]四、[/font][b][font=黑体]校正[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]对于热流型的[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]，由于使用一段时间，仪器周围环境以及热电偶的老化，则需要定期（一般每两周）对仪器进行校验，检验所测试结果是否在误差范围内，如果偏差较大不可接受，则需要对仪器进行校准，校准主要是使用标准物质[/font][font=Times New Roman]In[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]Zn[/font][font=宋体]对温度，热流（焓值）进行校准，使测量值与标准值一致。并根据实际使用情况定期对仪器进行总校准，执行总校准程序，总校准能在一次测试中确定温度、热流和时间常数τ[/font][font=Times New Roman]lag[/font][font=宋体]。其中对时间常数τ[/font][font=Times New Roman]lag[/font][font=宋体]进行校准，可以消除升温速率对熔融起始温度的影响[/font][font=Times New Roman][10][/font][font=宋体]。校正过程中不同的校准人员操作误差，环境影响，放置样品的位置等都会给校准带来一定的误差[/font][font=Times New Roman][12][/font][font=宋体]，这就需要仪器管理员要有一定的操作技术和使用技能。[/font][/font][b][font=黑体]（一）[/font][b][font='Times New Roman'][font=黑体]获得较好[/font][/font][font=黑体][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=黑体]图谱的方法[/font][/font][/b][font=黑体]1．[/font][b][font='Times New Roman'][font=黑体]仪器管理方面[/font][/font][/b][/b][font='Times New Roman'][font=宋体]要想获得较准确的[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]谱图，仪器管理员应根据使用情况及时对仪器进行维护，保持炉体和传感器的干净，不能有污染物，否则会影响实验测试数据。其次要定期检验，一般每两周用标样进行检验，然后根据实际测试要求，及时对仪器进行校准，确保所测试数据准确性。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman][8][/font][/font][b][font=黑体]2．[/font][b][font=黑体]实验条件的设置[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]尽可能使用所用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]型号所校准的实验条件，包括坩埚类型、吹扫气、吹扫速率、加热速率和样品用量，以得到较为准确的谱图。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]属于热分析仪器，量热和温度的准确度直接影响了检测结果。美国材料与试验协会[/font][font=Times New Roman]1999[/font][font=宋体]年发布了《差示扫描量热仪热流校准标准实践》，目前[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]国家尚未颁布差示扫描量热仪的计量检定规程和校准规范[/font][/font][font=宋体]。[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]结论：在介绍[/font]DSC[font=宋体]的原理和现有技术的基础上，本篇综述将重点放在分析[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]的应用和影响因素，以及校准维护上；通过综述，读者可以快速了解差示扫描量热仪的原理、技术、应用、影响因素及校准保养的方法。[/font][/font][b][font=黑体]五、[/font][b][font=黑体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=黑体]的应用[/font][/font][/b][font=黑体]（一）[/font][b][font=黑体]测定海水中的几种微塑料[/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]不同种类的塑料热稳定性有所区别，体现为[/font][font=Times New Roman]DSC [/font][font=宋体]热特性曲线上的不同的特征峰，而特征峰的面积与测试样品的质量有关，因此可通过 [/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]来验证塑料材料的热特性，继而测定出样品中某种塑料的质量。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]微塑料通常是指粒径在[/font] [font=Times New Roman]5 mm [/font][font=宋体]以下的塑料颗粒，广泛存在于海洋、河流、湖泊、土壤、沉积物等环境介质中。由于其尺寸小、难降解，微塑料被生物摄食后，会通过生物累积和食物链生物放大效应对生态系统甚至人类健康造成危害。目前，虽然对环境中微塑料的分离提取有多种方法，但是这些方法需要对微塑料颗粒逐一分析，过程耗时费力，并且无法得到微塑料的质量浓度。因此，利用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]多种塑料混合物测定的补充、快速分析很有必要。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]可定性确认微塑料的种类：因为不同的热特征峰对应着不同的聚合物特征基团，因此可基于不同种塑料[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]曲线及热特征峰值的图像进行微塑料的确认表征。 [/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]可定量确认不同种类微塑料中所含某种材料的含量：[/font][font=Times New Roman]DSC [/font][font=宋体]热特征峰积分面积与受试样品质量成正比，分别取 [/font][font=Times New Roman]PE[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]PP[/font][font=宋体]进行测试，分别取不同质量的[/font][font=Times New Roman]PE[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]PP[/font][font=宋体]，利用仪器自带软件[/font][font=Times New Roman]Netzsch Proteus Thermal Analysis Software[/font][font=宋体]对峰面积进行积分，以质量为横坐标、[/font][font=Times New Roman]DSC [/font][font=宋体]峰面积为纵坐标绘制标准曲线和方程。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC [/font][font=宋体]提供了一种很好的选择来定性鉴别微塑料种类，同时能够对多种微塑料混合物定量测定[/font][font=Times New Roman]PE[/font][font=宋体]和 [/font][font=Times New Roman]PP[/font][font=宋体]，结果显示为质量浓度，而无需费时费力的目检法进行识别计数，提高检测效率。但是，该种方法仍有一定的缺陷，由于存在重叠峰，在研究的几种微塑料中，只有 [/font][font=Times New Roman]PE [/font][font=宋体]和 [/font][font=Times New Roman]PP [/font][font=宋体]能够有清晰的峰，对于其他种类的塑料无法进行定量计算。[/font][font=Times New Roman][13][/font][/font][b][font=黑体]（二）[/font][b][font=黑体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=黑体]技术可以对甲基丙烯酰胺接枝蚕丝的接枝率进行定量检测[/font][/font][/b][/b][font=宋体][font=宋体]通过改变不同实验条件从而得到不同接枝率的蚕丝后，利用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]技术对接枝后的蚕丝进行测量，最后在 [/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]曲线中出现新的吸热峰，新峰面积随着接枝率的增加而增加，其峰位也逐渐向高温向移动，而位于３１７ ～３２７ ℃内蚕丝本身固有结构的吸热峰面积呈现减小趋势，表明新吸热峰面积与蚕丝接枝率之间存在一定关系。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]由[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]曲线原理可知，流到样品的热流量对时间的积分等于转化的热焓（ΔＨ／Ｊ），对温度表示的[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]曲线也总是对时间的积分，积分得到的结果即为[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]曲线与基线之间的面积，考虑测试样品的质量，即可得到单位热焓值，其与相关吸热峰面积对应。[/font][font=Times New Roman][14][/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]也有许多其他的用途，比如利用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]可以对合金热处理工艺进行分析；利用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]法分析交通事故中保险杠塑料残片；利用[/font][font=Times New Roman]DSC[/font][font=宋体]可以快速测试聚乙烯密度等等。[/font][/font][b][b][font=黑体]【参考文献】[/font][/b][/b][font='Times New Roman'][1][/font][font='Times New Roman']ASTM. [font=宋体]差分扫描量热计的热流量校准标准实施规程[/font][font=Times New Roman]. [/font][font=宋体]美国材料与试验协会[/font][font=Times New Roman], 2002:5P A4.[/font][/font][font='Times New Roman'][2][/font][font='Times New Roman']E37.01. [font=宋体]用差分扫描量热法测量熔化和结晶热焓的标准试验方法[/font][font=Times New Roman]. [/font][font=宋体]美国材料与试验协会[/font][font=Times New Roman], 2006:4P. A4.[/font][/font][font='Times New Roman'][3][/font][font='Times New Roman']GUANGLONG M, JI F, WEIFENG L, et al. Determination of non-freezing water in different nonfouling materials by differential scanning calorimetry[J]. Journal of biomaterials science. Polymer edition, 2022, 33(8).[/font][font='Times New Roman'][4][/font][font='Times New Roman']POEL G V, MATHOT V B F. High performance differential scanning calorimetry (HPer DSC): A powerful analytical tool for the study of the metastability of polymers[J]. Thermochimica Acta, 2007, 461(1).[/font][font='Times New Roman'][5][/font][font='Times New Roman']YU. I M, V. S N, V. F M. Ionic liquid glasses: properties and applications[J]. Russian Chemical Reviews, 2022, 91(3).[/font][font='Times New Roman'][6][/font][font='Times New Roman']ALEX S, ALESSANDRO V, DANILO D G, et al. Determination of cooling rates of glasses over four orders of magnitude[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2022, 177(3).[/font][font='Times New Roman'][7][/font][font='Times New Roman']J. W C, C. M J. Modeling the relaxation and crystallization kinetics of glass without fictive temperature: Toy landscape approach[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2021, 105(1).[/font][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]8[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]苏小琴[/font],[font=宋体]龙伟[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]刘秀兰[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]李艳红[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]王宇晶[/font][font=Times New Roman].[/font][font=宋体]差示扫描量热仪的影响因素及测试技术[/font][font=Times New Roman][J].[/font][font=宋体]分析仪器[/font][font=Times New Roman],2019(04):74-79.[/font][/font][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]9[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]李承花[/font],[font=宋体]张奕[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]左琴华[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]等[/font][font=Times New Roman].[/font][font=宋体]差式扫描量热仪的原理与应用[/font][font=Times New Roman][J],[/font][font=宋体]分析仪器[/font][font=Times New Roman],2015,(4) 88-94.[/font][/font][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]10[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]陆立明[/font],[font=宋体]热分析应用基础[/font][font=Times New Roman][M].[/font][font=宋体]上海[/font][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]东华大学出版社[/font][font=Times New Roman],2011 34-105.[/font][/font][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]11[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]李承花[/font],[font=宋体]张奕[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]左琴华[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]等[/font][font=Times New Roman].[/font][font=宋体]差式扫描量热仪的原理与应用[/font][font=Times New Roman][J].[/font][font=宋体]分析仪器[/font][font=Times New Roman],2015,(4) 88-94.[/font][/font][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]12[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman']PishchurDP[font=宋体]，[/font][font=Times New Roman]DrebushchakVA[/font][font=宋体]，[/font][font=Times New Roman]RecommendationDSCcalibration[J].JThermAnalCalorim,2016,124 951-958.[/font][/font][font='Times New Roman'][1[/font][font=宋体][font=Times New Roman]3[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]周东星，张艳萍，刘静，曾兴宇，李雪丽[/font]DSC[font=宋体]测定海水中几种微塑料[/font][font=Times New Roman][b]2096[/b][/font][b][font=宋体]－[/font][font=Times New Roman]3408(2022)06[/font][font=宋体]－[/font][font=Times New Roman]0024[/font][font=宋体]－[/font][font=Times New Roman]03[/font][/b][/font][b][font='Times New Roman'][[/font][font=宋体][font=Times New Roman]14[/font][/font][font='Times New Roman']][/font][font=宋体] [/font][font='Times New Roman'][font=宋体]方帅军，陈梦婕[/font][/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]舒可人[/font],[font=宋体]岳心茹基于ＤＳＣ技术构建丙烯酰胺接枝蚕丝的接枝率定量检测方法[/font][font=Times New Roman][A][/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]1001700301002005[/font][/font][/b]

由于塑料的轻便和便宜,随处可以用到塑料。下面就简单介绍一下塑料的各种特性和用途。塑料为合成的高分子化合物,可以自由改变形体样式。塑料是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的,它的主要成分是合成树脂。广义的塑料定义指具有塑性行为的材料,所谓塑性是指受外力作用时,发生形变,外力取消后仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶,硬塑料接近纤维。狭义的塑料定义是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分,在加工过程中能流动成型的材料。由于生产塑料的企业越来越多，对原料的质量把控尤为重要。国家相继推出针对塑料行业的测试仪器以及测试标准。 在塑料的热分析测试中，DSC差示扫描量热仪用的频率最高。主要用来针对塑料的氧化诱导时间测试、玻璃化转变温度测试、固化度、结晶、分解温度等等，相对应国标有GBT 19466.6-2009，GBT 23257-2009等。由于差示扫描量热仪研发技术难度大，目前国内做的比较成熟的没几家，南京大展机电技术研究所是国内热分析仪器做的最早的一家，1992年左右就推出了差示扫描量热仪，目前塑料行业市场用的比较多，做的比较成熟。另外一家，北京恒久科学仪器有限公司，也是国内做的相对比较早的，1996年公司成立的，也是相对做的比较成熟的。这几年由于国内市场需求量大，国外进口设备也在陆续进入中国市场，如德国耐驰、美国的TA、日本的岛津等等。 根据塑料性能不同，可以将塑料分为两大类，分别是热固性、热塑性。热固性塑料主要以树脂为主，树脂的一个主要测试项为玻璃化转变温度，即物质由固态向玻璃态（粘流态）转变的温度；热塑性塑料主要是用在给水管道等方面的通用性塑料，主要测试其氧化诱导时间。根据塑料的特性以及测试要求，将塑料的分类大致如下图：[img=,608,597]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707031717_01_2781725_3.png[/img] （上面的分类图自己绘的图，一格一格画的，画的对称性不是很好，大家见谅） DSC差示扫描量热仪针对热塑性塑料的氧化诱导时间测试图谱及图谱分析，如下图： [img=氧化诱导期图谱,690,361]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707031721_01_2781725_3.png[/img] 如上图所示，氧化诱导期测试的步骤为，在氮气氛围保护下，仪器升到200℃，然后切换成氧气（注意：很多标准要求，达到200℃时，恒温5分钟之后，再通氧气，目的是让温度更加稳定），选配气体时，气体的纯度要高。通过软件分析，通氧之后40分钟左右，出现向上的一个氧化峰，表示氧化了，分析得出氧化诱导时间OIT=40.60min。由于现在很多塑料颗粒的生产厂商，都是通过一些回料、废料，加入抗氧剂，再次生产利用。由于生产搅拌不均匀，导致抗氧剂分散的也不均匀，最终同一批料可能会出现，氧化诱导时间有长、有短。建议同一批料，在不同位置取样，做三次分析。 DSC差示扫描量热仪针对热固性塑料的玻璃化转变温度测试图谱及图谱分析，如下图： [img=,690,360]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707041141_01_2781725_3.png[/img]如上图所示，树脂的玻璃化测试，第一个峰是玻璃化转变温度Tg，后面的一个固化峰，接着是融化峰。这边只对玻璃化进行分析，玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。由于高分子结构要比低分子结构复杂，其分子运动也就更为复杂和多样化。根据高分子的运动力形式不同，绝大多数聚合物材料通常可处于以下四种物理状态(或称力学状态):玻璃态、粘弹态、高弹态(橡胶态)和粘流态。而玻璃化转变则是高弹态和玻璃态之间的转变，从分子机构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不象相转变那样有相变热，所以它既不是一级相变，也不是二级相变 (高分子动态力学中称主转变)。在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动 而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。以玻璃化温度为界，高分子聚合物的物理性质随高分子链段运动自由度的变化而呈现显著的变化，其中，热容的变化使热分析方法成为测定高分子材料玻璃化温度的一种有效手段，以DSC测试为例，当温度逐渐升高，通过高分子聚合物的玻璃化转变温度时，DSC曲线上的基线向吸热方向移动(如上图，玻璃化温度达到时，基线向下移动)。通过变化前，以及变化后的切线分析得出，该样品的玻璃化转变温度Tg=78.6℃[img=,61,112]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,56,134]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,61,136]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,49,99]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,288,40]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,46,2]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][img=,46,4]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img]