一文详述差示扫描法热分析（DSC）使用注意事项
DSC基本原理与经典应用
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
经典应用：
| 玻璃化转变 | 相容性 |
| 熔融、结晶 | 热稳定性、氧化稳定性 |
| 熔融热、结晶热 | 反应动力学 |
| 共熔温度、纯度 | 热力学函数 |
| 物质鉴别 | 液相、固相比例 |
| 多晶型 | 比热 |
DSC和DTA是什么关系？
DSC的前身是差热分析DTA，我简单介绍下工作原理的区别：DTA呢，只能测试△T信号，无法建立△H与△T之间的联系；而DSC测试△T信号，并建立△H与△T之间的联系。
DSC测试需要注意哪些条件？
主要有如下几点：升温速率、样品用量、制样方式、实验气氛、坩埚的选取、样品温度控制（STC）、DSC基线。
升温速率有哪些影响，有没有标准的升温速率？
| 快速升温 | 慢速升温 |
| 使DSC峰形变大 | 有利于相邻峰或相邻失重平台的分离 |
| 特征温度向高温漂移 | DSC/DTA峰形较小 |
| 相邻峰或失重台阶的分离能力下降 | —————————— |
热分析领域常用而标准的升温速率是10K/min
利用多个不同升温速率下得到的一系列测试结果，可进行动力学分析
在存在竞争反应路径的情况下，不同的升温速率得到的终产物组成可能不同
一般DSC测试需要多少样品，样品量对DSC测试有哪些影响呢？
并不是说样品量多或者少就一定好，这个与目标分析结果有关
| 样品量小 | 样品量大 |
| 所测特征温度较低，更“真实” | 峰值温度向高温漂移 |
| 有利于气体产物扩散 | 样品内温度梯度较大，气体产物扩散亦稍差 |
| 相邻峰（平台）分离能力增强 | 峰分离能力下降 |
| DSC 峰形也较小 | 峰形加宽 |
| ———————————— | 能增大 DSC 检测信号 |
一般情况下，以较小的样品量为宜。热分析常用的样品量为5～15mg。
在样品存在不均匀性的情况下，可能需要使用较大的样品量才具有代表性。
在DSC测试表征过程中，如何同时选择合适的升温速率和样品量呢？
（1）提高对微弱的热效应的检测灵敏度：提高升温速率，加大样品量；
（2）提高微量成份的热失重检测灵敏度：加大样品量；
（3）提高相邻峰（失重平台）的分离度：慢速升温速率，小的样品量。
对于不同条件的DSC样品，如何选择合适的制样方式？
（1）块状样品：建议切成薄片或碎粒；
（2）粉末样品：使其在坩埚底部铺平成一薄层；
（3）堆积方式：一般建议堆积紧密，有利于样品内部的热传导；对于有大量气体产物生成的反应，可适当疏松堆积。
DSC测试的气氛分哪些类，有何应用区别？
气氛主要是动态气氛、静态气氛和真空3类，可以从以下三点来分别
（1）从保护天平室与传感器、防止分解物污染的角度，一般推荐使用动态吹扫气氛；
（2）对于高分子TG测试，在某些场合使用真空气氛，能够降低小分子添加剂的沸点，达到分离失重台阶的目的；
（3）若需使用真空或静态气氛，须保证反应过程中的释出气体无危害性。
在不同的气氛条件下，结果有时候也是不同的，我们举个“NR/SBR 橡胶中增塑剂的分解”的例子：
将 NR/SBR 共混橡胶材料，在 N2 气氛下按照标准的 TG 方法进行分析，增塑剂的失重量为 9.87%。（增塑剂失重与橡胶分解台阶有较大重叠）
将该样品在真空下进行测试，由于增塑剂沸点的降低，挥发温度与橡胶分解温度拉开距离，得到了更准确的增塑剂质量百分比：13.10%。
DSC测试的常用气氛和特殊气氛是什么？
常用气氛：N2: 常用惰性气氛；Ar: 惰性气氛，多用于金属材料的高温测试；He: 惰性气氛，因其导热性好，有时用于低温下的测试；Air: 氧化性气氛，可作反应气氛；O2: 强氧化性气氛，一般用作反应气氛；
特殊气氛（如H2、CO、HCl 等）：
考虑气氛在测试所达到的最高温度下是否会与热电偶、坩埚等发生反应，注意防止爆炸和中毒。
通过改变测试气氛（如真空-氮气-空气），有助于深入剖析材料成分。
DSC和DTA是什么关系？
为了适应千变万化的各种样品，避免样品与坩埚材料之间的不相兼容，设备供应商配备了多种不同材质不同特点的坩埚，其中几种坩埚图示如下：
常用坩埚：Al, Al2O3, PtRh
其它坩埚：PtRh+Al2O3, Steel, Cu, Graphite, ZrO2, Ag, Au, Quartz 等
压力坩埚：中压坩埚，高压坩埚
| Al坩埚 | 传热性好，灵敏度、峰分离能力、基线性能等均佳 温度范围较窄（< 600℃） 用于中低温型DSC测试 可用于比热测试 |
| PtRh 坩埚 | 传热性好，灵敏度高、峰分离能力、基线性能佳 温度范围宽广 适于精确测量比热 易与熔化的金属样品形成合金 清洗与回收：可使用氢氟酸浸泡清洗 |
| Al2O3 坩埚 | 样品适应面广，其灵敏度、峰分离能力、基线漂移等较PtRh差 温度范围宽广（可用于高温1650℃ ） 不适于测定比热 易与部分无机熔融样品（如硅酸盐、氧化铁等）反应或扩散渗透 清洗与回收：可使用王水与氨水浸泡清洗 |
| Cu坩埚 | 对塑料的氧化有催化作用，有时用于氧化诱导期（O.I.T.）测试 |
| 中压与高压坩埚 | 适用：挥发性液体样品，液相反应，需要维持气体分压的封闭体系反应 中压坩埚最高使用压力20bar 高压坩埚为100bar 温度较低、挥发物压力不太大时，可用密闭压制的Al坩埚代替 |
DSC测试中坩埚加盖与否如何选择？
首先要知道坩埚加盖的优缺点以及坩埚盖扎孔的目的
| 优点 | 缺点 | 扎孔的目的 |
| 有利于体系内部温度均匀 | 减少了反应气氛与样品的接触 | 保证样品与气氛一定接触 |
| 减少辐射效应与样品颜色的影响 | 产物气体不易带走 | 允许一定程度的气固反应 |
| 防止微细样品粉末飞扬，或在抽取真空过程中被带走 | 导致反应体系压力较高 | 允许气体产物随动态气氛带走 |
| 有效防止传感器受到污染 | 保持坩埚内外压力平衡 |
（1）物理效应测试（熔融、结晶、相变等DSC测试），通常选择加盖坩埚；
（2）未知样品，出于安全性考虑，通常选择加盖坩埚；
（3）气固反应（如氧化诱导期测试或吸附反应），使用不加盖敞口坩埚；
（4）液相反应，易挥发样品，使用加盖压制Al 坩埚、中压或高压坩埚；
（5）有气体生成的反应（包括多数分解反应 ）或偏重于 TG 的测试，在不污染损害样品支架的前提下，根据实验需要，进行加盖与否的选择。
如何测试一些较微弱的、在常规条件下不易测出的玻璃化转变？
按照一般的热分析规律，可考虑加大样品量与使用较快一些的升温速率。对于半结晶性的高分子材料，咱们三步走：
（1）先升过熔点使样品充分熔融；
（2）随后淬冷至玻璃化温度以下；
（3） 再次升温时玻璃化转变较为明显.
使用液氮进行冷却的降温测试，如何使温度曲线尽快达到线性？
在降温段之前设置一个恒温段（一般5～10min左右），将LN打开，初始流量不需很大，让仪器在降温之前先适应一下LN。然后降温段设置的流量根据情况酌情加大一些，但无需开到最大，仪器会自动根据冷却需要调节液氮流量。这样就能使冷却温度线较快的达到线性。
铝坩埚的加盖与压制有那些实验技巧？
（1）坩埚盖子扎孔密闭：这是常规的坩埚使用方法，它适用于固体测试，样品可以粉末，颗粒，片状，块状等等。
（2）坩埚盖子扎孔，不密闭：这种方法是一种比较经济的方法，对于节省坩埚损耗很有帮助。有些样品做完试验后可以取出来且不污染坩埚，我们可以采取这种方法，不用压机将坩埚盖子和平盘压死，这样坩埚就可以重复使用了。
（3）敞口坩埚：即不加坩埚盖子，它适用于需要与吹扫气氛充分接触的实验（如氧化诱导期测试），但由于样品表面与流动气体接触会带走一定的热量，量热精度会稍低一些。
（4）坩埚密闭：坩埚盖子不扎孔，用压机将坩埚牢牢密封住，它适用于常规的液体测试。对于一些需要完全密闭，能承受更高压力的测试，耐驰还提供专门的中压、高压坩埚。
DSC在操作过程中有那些要特别注意的地方？
（1）仪器可一直处于开机状态，尽量避免频繁开机关机
（2）仪器应至少提前1小时开机
（3）尽量避免在仪器极限温度附近进行恒温操作
（4）试验完成后，必须等炉温降到200°C以下后才能打开炉体
（5）测试样品及其分解物不能对传感器、热电偶造成污染
具体措施：实验前应对样品的组成有大致了解，如有危害性气体产生，实验要加大吹扫气的用量。
（6）测试样品及其分解物绝对不能与测量坩锅发生反应，具体为：
铝坩锅测试，测试终止温度不能超过600°C；
绝对避免使用铂坩锅进行测试金属样品；
金属样品的测试需查蒸气压～温度表格。
炉体如果已经发生污染，该如何处理？
（1）使用棉花棒蘸上酒精轻轻擦洗；
（2）使用大流量惰性吹扫气氛空烧至600℃；
（3）在日常使用温度范围内进行基线的验证测试，若基线正常无峰，传感器一般仍可继续使用；
（4）使用标样In与Zn进行温度与灵敏度的验证测试，若温度与热焓较理论值发生了较大偏差，需要重新进行校正。
文章来源于：材料人，转自二知了
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