热分析仪器实验讲义.doc

热分析仪器实验 热分析是在程序温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。热分析物理基础是热力学第一定律（能量守恒与转化）和热力学第二定律（不可逆性）。热分析仪可以用于科学研究、产品开发、质量控制等多个领域。适用于生化样品、高分子材料、无机材料、矿物、含能材料、药物、食品等各种固体、液体或粉末状样品。 热分析方法主要有差示扫描量热法（DSC）、热重法（TG）、热机械分析（TMA）和动态热机械分析（DMA）等。本实验主要为DSC热分析技术原理及其在聚合物中的应用。 一、实验目的 了解差示扫描量热仪的基本原理和仪器使用方法 掌握运用DSC进行聚合物玻璃化转变温度、熔点和结晶温度的测定技术 了解DSC可以“DSC” (Differential Scanning Calorimetry). (国际标准ISO 11357-1：DSC是测量输入到试样和参比物的热流量差或功率差与温度或时间的关系.) 试样在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，在DSC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），虽无吸热或放热现象，但比热容有突变，表现在DSC曲线上是基线的突然变动，试样内部这些热效应均可用DSC进行检测。DSC在聚合物研究方面的主要用途：一是研究聚合物的转变过程，测定结晶温度Tc、熔点Tm、结晶度Xc、等温结晶动力学和非等温结晶动力学参数；二是测定玻璃化转变温度Tg；三是研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等。 2. DSC类型及原理： ① 功率补偿型（Power Compensated DSC） 在程序控温下,在样品和参比样始终保持相同温度的条件下,测定为满足此条件样品和参比样两端所需的能量差，并直接作为信号(Q（热量差）输出。 Perkin Elmer introduced the Power Compensation DSC 1 in 1966。PE为代表。 ② 热流型（Heat Flux DSC） 在给予样品和参比样相同的功率下,测定样品和参比样两端的温差(T，然后根据热流方程，将(T（温差）换算成(Q（热量差）作为信号的输出。 Dupont introduced the Heat Flux DSC 10 in 1968。TA、梅特勒、耐驰、岛津等为代表。 功率补偿型 热流型 = DSC heat flow signal in units of heat per unit of time（DSC热流信号）. 最常用的单位是： Joule/sec = J/s = Watt Cp = Sample Heat Capacity（样品热容） =amount of heat required to raise the temperature of the sample by one degree Celsius or Kelvin（样品升高1℃或1K所需的热量） 最常用的单位是： J/℃=J/K =Heating rate （升温速率） 最常用的单位是： ℃/m f (T,t)= A general function to show that there is a component of the heat flow which is due to absolute temperature (T) and time (t).This component is typically referred to as the kinetic component. 3. DSC测量的物理特性 Glass transitions（玻璃化温度） Melting and boiling points（熔点和沸点） Crystallisation time and temperature（结晶时间和结晶温度） Percent crystallinity（结晶度） Heats of fusion and reactions（热焓） Specific heat capacity（比热容） Oxidative/thermal stability（氧化、热稳定性） Rate and degree of cure（交联速率和交联度） Reaction kinetics（反应动力学） Purity（纯度） 4. 影响DSC分析的主要因素 ① 升温速率 升温速率不仅影响峰的位置，而且影响峰面积的大小。 快速升温：基线漂移大，DSC峰形变大，特征温度向高温漂移，相邻峰分离能力下降，分辨率降低。 慢速升温：基线漂移小，DSC峰形小而尖锐，有利于相邻峰的分离，分辨率高