DSC(差示掃描量熱儀)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)講解PPT課件

-，1，重要熱分析技術(shù)：差熱分析(差熱分析=差熱分析)差示掃描量熱法(差示掃描量熱法)熱重分析(熱重分析=熱重分析)演化氣體分析(TGA=演化氣體分析)熱機(jī)械分析(TMA=熱機(jī)械分析)動(dòng)力學(xué)熱機(jī)械分析(DMA=動(dòng)力學(xué)熱機(jī)械分析)熱光學(xué)分析(TOA=熱光學(xué)分析)化學(xué)發(fā)光(TCL=熱機(jī)械發(fā)光)，-，2，差示掃描量熱法差示掃描量熱法(差示掃描量熱法)基本原理，-3，程序溫度過程差示掃描量熱法原理，應(yīng)用：4，熱流差示掃描量熱法，K=f(溫度，熱阻，材料特性，)，樣品的熱效應(yīng)導(dǎo)致參比和樣品之間的熱流不平衡，由于熱阻的存在，參比和樣品之間的溫差(T)與熱流差成正比。通過將T與時(shí)間積分，可以得到焓：5，硬件部分，-，6，DSC204F1結(jié)構(gòu)，氣體：兩種吹掃氣體，一種保護(hù)氣體可以實(shí)現(xiàn)氣體的自由切換，制冷方式：空氣制冷-室溫機(jī)械制冷-85液氮制冷-180，-，7，DSC的前身是差熱分析差熱分析，差熱曲線峰形成，記錄溫差信號(hào)峰面積無焓顯著性，-8，DSCvsDTA，工作原理差，差熱分析，DSC，只能測試T 測試T信號(hào)，建立H和T，-9、差示掃描量熱儀傳感器、差示掃描量熱儀/差示掃描量熱儀傳感器、差示掃描量熱儀傳感器、差示掃描量熱儀傳感器的結(jié)構(gòu)差異，-10、差示掃描量熱儀傳感器類型、T、m、t-傳感器之間的連接，響應(yīng)速度最快，具有非常理想的峰分離能力的m-傳感器，靈敏度是普通傳感器的十倍以上，-、11、差示掃描量熱儀、附件。 為了適應(yīng)不斷變化的樣品，避免樣品與坩堝材料不相容，配備了不同材料和不同特性的坩堝。幾個(gè)坩堝的示意圖如下：-，12，差示掃描量熱法類型及其基本原理，差示掃描量熱法類型：根據(jù)使用的不同測量方法，分為：熱流功率補(bǔ)償模塊熱流)，13-，13，熱流。在給樣品和參考的相同功率下，測量樣品和參考兩端的溫度差t，然后根據(jù)熱通量方程，t(溫度差)被轉(zhuǎn)換成q(熱差)作為信號(hào)的輸出。熱流差示掃描量熱儀與差示掃描量熱儀非常相似，是一種定量差示掃描量熱儀。所不同的是，在樣品和對(duì)照品的支架下方設(shè)有電加熱板，加熱器在程序的控制下加熱加熱塊，加熱器的熱量通過電加熱板同時(shí)加熱樣品和對(duì)照品，使樣品和對(duì)照品受熱均勻。-，14，特性：穩(wěn)定的基線和高靈敏度，-，15，熱流DSC-工作原理，假設(shè)：1，傳感器的絕對(duì)對(duì)稱性，Tfs=Tfr，Rs=Rr=R2，樣品和參比端Cpr-Cps3的熱容量相等，樣品和參比4的恒定加熱速率，樣品板和參比5的質(zhì)量(熱容量)相等，樣品板、參比板和傳感器之間沒有熱阻或熱阻相等，-，16。功率補(bǔ)償，在樣品和參考始終保持相同溫度的條件下，確定樣品和參考兩端滿足該條件所需的能量差，并直接將其作為信號(hào)Q(熱差)輸出。DSC功率補(bǔ)償式，-，17，功率補(bǔ)償原理，當(dāng)樣品產(chǎn)生熱效應(yīng)，如放熱時(shí)，樣品的溫度高于參考物質(zhì)的溫度，一組放置在它們下面的差分熱電偶產(chǎn)生熱電勢，該熱電勢被差分熱放大器放大，然后送到功率補(bǔ)償放大器，功率補(bǔ)償放大器自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電熱絲的電流，以減少樣品下的電流，增加參考物質(zhì)下的電流。降低樣品的溫度，提高參考物質(zhì)的溫度，使樣品和參考物質(zhì)之間的溫差T趨于零。熱量補(bǔ)償可以及時(shí)快速地完成，因此樣品和參比物質(zhì)的溫度始終保持不變。-，18，動(dòng)態(tài)零equ，-，19，-20，功率補(bǔ)償DSC儀的主要特點(diǎn)，1。樣品和參比分別有獨(dú)立的加熱器和傳感器。整個(gè)儀器由兩套控制電路監(jiān)控。一組控制溫度以預(yù)定速率升高樣品和參考物質(zhì)的溫度，另一組補(bǔ)償兩者之間的溫度差。2.不管樣品產(chǎn)生的任何熱效應(yīng)，樣品和參比都處于動(dòng)態(tài)零平衡狀態(tài)，即兩者之間的溫差T等于0。這是差示掃描量熱法和差示掃描量熱法技術(shù)之間最本質(zhì)的區(qū)別。-、21、高分辨率、更快的響應(yīng)時(shí)間和精確的溫度控制以及測量的冷卻速度、特性，-、22、差示掃描量熱儀校準(zhǔn)-基本概念，-、23、溫度校準(zhǔn)，熱電偶的測量溫度和樣品的實(shí)際溫度之間存在一定的偏差，坩堝熱導(dǎo)率、氣氛熱導(dǎo)率、熱電偶的老化程度，偏差程度取決于：-、24、多點(diǎn)擬合方法測試多個(gè)具有不同熔點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并比較測量的熔點(diǎn)(差示掃描量熱法、差示掃描量熱法、cDTA.)與相應(yīng)的理論熔點(diǎn)得到溫度校正曲線(TT t)。精確的溫度校正只能通過多點(diǎn)擬合法，-，25，靈敏度校正，適用的儀器：差示掃描量熱法(DSC-TG組合)，-，26，靈敏度校正，校正方法：多點(diǎn)擬合法，比熱法，-，27，多點(diǎn)擬合法(焓校正)測試多個(gè)不同熔點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并將測得的熔融信號(hào)V*s/mg與熔融焓mW*s/mg進(jìn)行比較，得到溫度校正曲線( v/MW t)。靈敏度校正，-28，比熱法(熱流校正)使用比熱標(biāo)準(zhǔn)樣品，在“樣品校正”模式(基線扣除模式)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫升試驗(yàn)，比較不同溫度下的差示掃描量熱法相對(duì)信號(hào)高度(單位v/mg)和Cp *小時(shí)(單位mW/mg)，得到靈敏度曲線：比熱法適用范圍：金屬爐體(鉑、鉑銠、銀等)。不適用于碳化硅爐體)不透明坩堝(鉑銠、鋁、石墨等。不用Al2O3坩堝)，靈敏度校正，-，29，DSC儀器維護(hù)，-，30，儀器操作，儀器始終可以處于啟動(dòng)狀態(tài)，盡量避免頻繁的啟動(dòng)和關(guān)閉。儀表應(yīng)至少提前一小時(shí)啟動(dòng)，盡量避免至少提前一小時(shí)啟動(dòng)，并盡量不要打開爐體，直到恒溫運(yùn)行試驗(yàn)完成后爐溫降至200以下。-、31、樣品和坩堝、測試樣品及其分解產(chǎn)物不得與測量坩堝發(fā)生反應(yīng)。具體措施：實(shí)驗(yàn)前，我們應(yīng)該對(duì)樣品的成分有一個(gè)大致的了解。如果產(chǎn)生有害氣體，實(shí)驗(yàn)應(yīng)增加吹掃氣體的量。測試樣品及其分解產(chǎn)物不得污染傳感器和熱電偶。對(duì)于鋁坩堝，測試終止溫度不得超過600。絕對(duì)避免使用鉑坩堝測試金屬樣品。對(duì)于測試金屬樣品，檢查蒸氣壓-溫度表，32，差示掃描量熱儀爐體已被污染：清洗步驟：1。用酒精蘸棉簽輕輕擦洗，2。在大流量惰性吹掃氣氛下，空燒至600 , 3。在日常使用溫度范圍內(nèi)進(jìn)行基線驗(yàn)證測試。如果基線正常且沒有峰值，傳感器通?？梢岳^續(xù)使用。4。標(biāo)準(zhǔn)樣品銦和鋅用于驗(yàn)證溫度和靈敏度。如果溫度和焓與理論值有很大偏差，則需要再次校正。污染清洗，33，熱分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)，34，選擇合適的實(shí)驗(yàn)條件，熱分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)，升溫速率，樣品用量，實(shí)驗(yàn)氣氛，坩堝選擇，樣品溫度控制(STC)，差示掃描量熱儀基線，熱重基線(浮力效應(yīng))，樣品制備方法，實(shí)驗(yàn)條件選擇，升溫速率，快速加熱：差示掃描量熱儀峰大變形，特征溫度漂移到高溫，相鄰峰或失重臺(tái)階的分離能力降低，緩慢升溫：有利于相鄰峰或相鄰失重平臺(tái)的分離。差示掃描量熱分析(DSC/DTA)峰形較小，熱分析領(lǐng)域常用的升溫速率為10K/分鐘。動(dòng)態(tài)分析可以通過使用在多個(gè)不同溫度下獲得的一系列測試結(jié)果來進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)條件的選擇，2。樣品量少，樣品量少：測得的特征溫度越低，越“真實(shí)”有利于增強(qiáng)相鄰峰(平臺(tái))對(duì)氣體產(chǎn)物擴(kuò)散的分離能力，差示掃描量熱儀峰形越小，樣品量越大：可以增加差示掃描量熱儀檢測信號(hào)，加寬峰形，降低峰溫至高溫漂移峰分離能力，樣品中溫度梯度越大，氣體產(chǎn)物擴(kuò)散越差。在樣品不均勻的情況下，可能有必要使用大量樣品作為代表。-，38，樣本量：平均劑量為5-15毫克。樣品尺寸小，分辨率高，但靈敏度低，峰溫低。樣品體積大，分辨率低，但靈敏度高，峰溫高。39，結(jié)合以上兩點(diǎn)：提高對(duì)弱熱效應(yīng)的檢測靈敏度：增加加熱速率，增加樣品體積，提高微量成分的熱重檢測靈敏度：增加樣品體積，提高相鄰峰(失重平臺(tái))的分離度：低慢速加熱速率的樣品體積，實(shí)驗(yàn)條件的選擇，-，40，實(shí)驗(yàn)條件的選擇，3。樣品制備方法，塊狀樣品：建議切成薄片或碎片，粉末樣品：將其鋪在坩堝底部的薄層上。堆疊方式：一般建議堆疊緊密，有利于樣品內(nèi)部的熱傳導(dǎo)。對(duì)于含有大量氣體產(chǎn)物的反應(yīng)，適當(dāng)?shù)淖龇ㄊ撬砷_堆積的樣品和參比物質(zhì)。樣品：除氣體外，可以測量固體和液體樣品。裝載：試著使樣品變薄并均勻分布在坩堝底部，以降低樣品和容器之間的熱阻。坩堝：鋁坩堝通常用于高分子材料。溫度低于500，參考物質(zhì)必須是熱惰性的。熱容量和熱導(dǎo)率應(yīng)與樣品相符。通常，當(dāng)樣品體積小時(shí)，可以放置空坩堝。42，實(shí)驗(yàn)條件的選擇，4。大氣，大氣類別：動(dòng)態(tài)大氣靜態(tài)大氣真空，從保護(hù)平衡室和傳感器以及防止分解產(chǎn)物污染的角度來看，一般推薦動(dòng)態(tài)吹掃大氣。如果需要真空或靜態(tài)氣氛，必須確保反應(yīng)過程中釋放的氣體無害。對(duì)于聚合物的熱重測試，真空氣氛可以降低小分子添加劑的沸點(diǎn)，并在某些場合達(dá)到分離失重步驟的目的。-，43，天然橡膠/丁苯橡膠中增塑劑的分解。在N2氣氛下，用標(biāo)準(zhǔn)熱重法對(duì)天然橡膠/丁苯橡膠共混橡膠材料進(jìn)行了分析，增塑劑的失重率為9.87%。(增塑劑的重量損失與橡膠的分解步驟有很大的重疊)，-，44，以及增塑劑在天然橡膠/丁苯橡膠中的分解。樣品在真空下測試。由于增塑劑沸點(diǎn)的降低，揮發(fā)溫度與橡膠分解溫度分離，得到更準(zhǔn)確的增塑劑質(zhì)量百分比：13.10%。-，45，普通氣氛：N2:普通惰性氣氛，Ar:惰性氣氛，主要用于金屬材料的高溫測試。由于其良好的導(dǎo)熱性，He:惰性氣氛有時(shí)用于低溫測試。空氣：氧化氣氛可用作反應(yīng)氣氛。O2:強(qiáng)氧化性氣氛，一般用作反應(yīng)氣氛。，考慮大氣是否會(huì)與熱電偶、坩堝等發(fā)生反應(yīng)。在試驗(yàn)中達(dá)到最高溫度時(shí)，注意防止爆炸和中毒，選擇實(shí)驗(yàn)條件和特殊氣氛(如H2、一氧化碳、氯化氫等)。):坩堝類型：耐馳提供最全面的坩堝類型，以滿足各種測試需求，常用坩堝：鋁，氧化鋁，鉑銠，其他坩堝：鉑銠氧化鋁，鋼，銅，石墨，氧化鋯，銀，金，石英等。壓力坩堝：中壓坩堝，高壓坩堝，-，47，實(shí)驗(yàn)條件的選擇，鋁坩堝，良好的傳熱，良好的靈敏度，峰值分離能力，基線性能等。溫度范圍為窄(N2He)氣體流速、樣品架、坩堝體積、基線扣除誤差避免、校正試驗(yàn)和樣品校正試驗(yàn)注意事項(xiàng)：氣體流速與啟動(dòng)溫度嚴(yán)格一致，樣品啟動(dòng)前天平的穩(wěn)定性與爐溫和樣品溫度之間的平衡嚴(yán)格一致，-63，應(yīng)用，-64，液體、固體、結(jié)晶、非晶(非晶態(tài))，快速冷卻/淬火，緩慢/普通冷卻，物質(zhì)的固液轉(zhuǎn)變，Tc，Tm，Tg，Tg，冷結(jié)晶，-，65，轉(zhuǎn)化非晶態(tài)：玻璃態(tài)，超彈性態(tài)，粘性流動(dòng)態(tài)，晶體，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(彈性溫度)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(流動(dòng)溫度)，結(jié)晶熔點(diǎn)(結(jié)晶溫度)，熱分解溫度(分解溫度)，冷結(jié)晶溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解溫度，熱分解.100%？一些結(jié)晶材料來自熔體：快速冷卻：結(jié)晶度會(huì)降低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度明顯，熔化峰小，可能出現(xiàn)冷結(jié)晶峰。緩慢冷卻：高結(jié)晶度、大熔融峰和相對(duì)不顯著的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。差示掃描量熱法計(jì)算結(jié)晶度：熔融峰面積(-冷結(jié)晶峰面積)/100%結(jié)晶的理論熔融焓，-，70，差示掃描量熱法應(yīng)用實(shí)例-聚酯，-，71，玻璃化轉(zhuǎn)變的測定(差示掃描量熱法)，其伴隨著非晶聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變到高彈性態(tài)期間的比熱變化，并在差示掃描量熱法曲線中反映為基線高度的變化(曲線拐點(diǎn))。從該分析中，可以獲得材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和比熱變化程度。-，72，彈性橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與塑料/橡膠的使用溫度有關(guān)。對(duì)于圖中的橡膠，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，這表明該材料可以應(yīng)用于較低的環(huán)境。73，玻璃化轉(zhuǎn)變的測定(DSC)。通過對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定，幾種無定形塑料(聚甲基丙烯酸甲酯、PVB、聚碳酸酯)可以加以區(qū)分，-74、差示掃描量熱法應(yīng)用實(shí)例-環(huán)氧樹脂的固化，-75、聚合物材料的差示掃描量熱法曲線受許多因素的影響，而且它往往需要兩次試驗(yàn)，兩次升溫，聚合物材料的第一次升溫，原始材料的性能隨熱歷史(冷卻結(jié)晶、應(yīng)力、固化等)而變化。)和其他因素(水分、添加劑等。)獲得。玻璃化轉(zhuǎn)變通常伴隨著過渡區(qū)的應(yīng)力松弛峰。熱固性樹脂：如果它沒有完全固化，第一次加熱的Tg很低，伴隨著不可逆的固化放熱峰。一些結(jié)晶材料：計(jì)算室溫下的原始結(jié)晶度，以及吸水性大的樣品(如纖維等。)通常伴隨著水分揮發(fā)吸熱峰?？赡苎谏w樣品的特征轉(zhuǎn)變，-，76，聚合物材料，第二次加熱，玻璃化轉(zhuǎn)變：應(yīng)力松弛峰被消除，曲線形狀典型而規(guī)則，熱固性樹脂(未完全固化):玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般會(huì)升高。部分結(jié)晶材料：通過特定的冷卻條件(結(jié)晶歷史)研究結(jié)晶度、晶體熔化范圍