科研*“武器”之差示掃描量熱儀

儀器介紹

差示掃描量熱儀（簡(jiǎn)稱(chēng)DSC）是一種熱分析儀器，它依據(jù)差示掃描量熱分析原理，給物質(zhì)提供一個(gè)勻速升溫、勻速降溫、恒溫、或以上任意組合溫度環(huán)境及恒定流量（或流量為零）的氣氛環(huán)境，并在此環(huán)境下測(cè)量樣品與參比端的熱流差或熱功率差隨溫度及時(shí)間的關(guān)系。

儀器結(jié)構(gòu)

在熱流型DSC的設(shè)計(jì)上，內(nèi)藏均熱塊。在樣品、參比物和均熱塊之間設(shè)置熱阻，通過(guò)檢測(cè)熱阻的溫度差而得到樣品和參比物的溫度差。樣品和參比物所產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱阻與均熱塊進(jìn)行熱交換，通過(guò)檢測(cè)樣品均熱塊和參比物均熱塊之間的熱流差所導(dǎo)致的溫度差，通過(guò)換算以DSC信號(hào)輸出。

由于結(jié)構(gòu)的不同，一般認(rèn)為，功率補(bǔ)償型DSC由于沒(méi)有均熱塊而只是使用微型加熱器對(duì)樣品和參比物加熱，適合于對(duì)快速升降溫要求的DSC測(cè)定。熱流型DSC由于有內(nèi)藏的均熱塊，樣品和參比物*被溫度控制，所以基線的穩(wěn)定性好。

工作原理

當(dāng)樣品發(fā)生相變、玻璃化轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng)時(shí)，會(huì)吸收和釋放熱量，補(bǔ)償器就可以測(cè)量出如何增加或減少熱流才能保持樣品和參照物溫度一致。以聚集物為例，典型的反應(yīng)有沒(méi)有相變和其他反應(yīng)、玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、熔融、氧化和交聯(lián)、分解6種。

熱流型DSC向樣品和參比物輸入相同的功率時(shí)，測(cè)量樣品和參比物之間的溫度差，并將此溫度差換算成能量差并輸出。

功率補(bǔ)償型DSC在樣品和參比物始終保持相同的溫度下，測(cè)量滿足此條件的樣品和參比物之間的能量差，并以△Q輸出。

儀器特點(diǎn)

① 熱流式差示掃描量熱儀重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高，特別適合于比熱的精確測(cè)量。

② 自主研發(fā)的氣相色譜、質(zhì)譜連接頭、恒溫帶、恒溫控制器，可充分保證焦油及各種反應(yīng)氣體的二次檢測(cè)。

③ 完善的兩路氣氛控制系統(tǒng)，采用質(zhì)量流量控制器；測(cè)量過(guò)程中，可以選擇二路進(jìn)氣方式，軟件設(shè)置自動(dòng)切換。

④ 儀器配有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用戶(hù)可自行進(jìn)行各溫度段的校正，減少儀器的誤差。全程自動(dòng)繪圖，軟件可實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)處理，如熱焓的計(jì)算、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、氧化誘導(dǎo)期、物質(zhì)的熔點(diǎn)及結(jié)晶等等。

儀器分類(lèi)

根據(jù)測(cè)量方法的不同，DSC有熱流型、功率補(bǔ)償型、溫度調(diào)制型三種。

熱流型DSC

在給予試樣和參比物相同的功率下，測(cè)定樣品和參比品兩端的溫差DT，然后根據(jù)熱流方程，將DT（溫差）換算成DQ（熱量差）作為信號(hào)的輸出。

功率補(bǔ)償型DSC

按試樣相變(或反應(yīng))而形成的試樣和參比物間溫差的方向來(lái)提供電功率，以使兩者的溫差趨于零（通常是溫差小于0.01 K）。測(cè)定試樣和參比物兩端所需的能量差，并直接作為信號(hào)DQ（熱量差）輸出。

溫度調(diào)制型DSC

在普通DSC的程序控制加熱的基礎(chǔ)上，在線性升、降溫的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)正弦振蕩溫度程序，產(chǎn)生與之相應(yīng)的循環(huán)熱流。后效果是可隨熱容變化同時(shí)測(cè)量熱流量，利用傅立葉變換將熱流量即時(shí)分解成比熱成分、動(dòng)力學(xué)成分。

應(yīng)用領(lǐng)域

液晶

隨著溫度升高，具有液晶性質(zhì)的物質(zhì)會(huì)從固態(tài)起經(jīng)歷一系列的相態(tài)轉(zhuǎn)化為各向同性的液態(tài)。對(duì)于高精密度的掃描量熱法，可以測(cè)量出其中每個(gè)相變的相變焓，結(jié)合相態(tài)的觀察可以研究這一系列的相變。

氧化穩(wěn)定性

一般先將樣品放入氣密性的樣品腔中，通入惰性氣體比如氮?dú)猓缓蠹訜岬叫枰獪y(cè)量氧化穩(wěn)定性的溫度，在保持溫度不變的狀況下，通入氧氣。

藥物加工

在藥物分析上，可以用差示掃描量熱法來(lái)判斷藥物的加工條件，比如若藥物要求在無(wú)定形形態(tài)下加工，就需要先作DSC曲線，確定結(jié)晶溫度，然后在結(jié)晶溫度以下加工。

共聚物與共混物的區(qū)分

DSC是區(qū)分共聚物和共混物的重要工具。對(duì)于兩種不能相容的聚集物，可以通過(guò)機(jī)械力形成共混物，一般具有兩個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

相關(guān)品牌

差示掃描量熱儀的品牌主要為日立（HITACHI），珀金埃爾默（PerkinElmer），梅特勒-托利多（METTLER TOLEDO）等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在，無(wú)論選用何種DSC，基本上會(huì)得到同樣的數(shù)據(jù)，DSC儀器性能的區(qū)別主要是由儀器設(shè)計(jì)所定。