一、差示掃描量熱儀（DSC）試驗原理
 

　　DSC基于能量守恒定律，通過測量樣品與參比物在程序控溫過程中的熱流差異，揭示物質(zhì)受熱或冷卻時的物理化學(xué)變化。其核心原理可分為以下兩部分：
 

　　熱流差異檢測
 

　　樣品與參比物被置于獨立坩堝中，在程序控溫(勻速升溫/降溫/恒溫)和恒定氣氛(如氮氣)下，通過高精度傳感器實時監(jiān)測兩者之間的熱流差或功率差。
 

　　當(dāng)樣品發(fā)生熔融、結(jié)晶、玻璃化轉(zhuǎn)變或化學(xué)反應(yīng)時，會伴隨熱量吸收(吸熱峰，曲線向下)或釋放(放熱峰，曲線向上)，導(dǎo)致樣品與參比物之間產(chǎn)生瞬時溫差。DSC通過補(bǔ)償功率差消除這一溫差，使兩者溫度始終相等，從而定量測量熱效應(yīng)。
 

　　功率補(bǔ)償機(jī)制
 

　　功率補(bǔ)償型DSC：通過動態(tài)調(diào)整加熱功率維持樣品與參比物溫度差為零。當(dāng)樣品吸熱或放熱時，系統(tǒng)自動補(bǔ)償功率差，確保溫度平衡，補(bǔ)償熱量直接反映樣品熱效應(yīng)。
 

　　熱流型DSC：通過測量樣品與參比物之間的熱流差異檢測熱效應(yīng)。兩者共用加熱源，熱流通過隔熱屏障傳遞，溫差變化經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到熱焓值(ΔH)。
 

　　DSC曲線解析
 

　　橫軸：溫度(或時間)；縱軸：熱流率(mW/mg)。
 

　　關(guān)鍵特征：
 

　　吸熱峰(如熔融)：曲線向下，峰溫對應(yīng)熔點(Tm)。
 

　　放熱峰(如結(jié)晶)：曲線向上，峰溫對應(yīng)結(jié)晶溫度(Tc)。
 

　　玻璃化轉(zhuǎn)變(Tg)：基線偏移，臺階中點溫度反映非晶態(tài)聚合物柔韌性。
 

　　氧化誘導(dǎo)期(OIT)：聚烯烴在高溫氧氣條件下的自動催化氧化反應(yīng)時間，通過放熱峰起始點測定。
 

　　二、DSC操作全流程
 

　　1. 實驗前準(zhǔn)備
 

　　儀器檢查：
 

　　確認(rèn)溫度控制精度(±0.1°C)、氣體流速穩(wěn)定性(如氮氣50 mL/min)、基線波動范圍(<±50 μW)。
 

　　檢查爐體清潔度，使用玻璃刷或氣體吹掃去除殘留樣品。
 

　　樣品制備：
 

　　形態(tài)要求：粉末(3-5 mg)、塊狀(直徑≤3 mm，高度≤2 mm)、薄膜(小尺寸優(yōu)先)。
 

　　干燥處理：高分子材料或藥物需在干燥器或氮氣氣氛中干燥，避免吸濕影響結(jié)果。
 

　　裝樣技巧：將樣品均勻鋪于坩堝底部，避免接觸側(cè)壁；粘稠或液體樣品使用密封坩堝(測試溫度低于沸點)或高壓坩堝(高于沸點)。
 

　　參比物選擇：惰性材料(如氧化鋁)或已知熱性能物質(zhì)，用于基線校正和數(shù)據(jù)對比。
 

　　2. 實驗參數(shù)設(shè)置
 

　　溫度程序：
 

　　升溫速率：5-20°C/min(典型值10°C/min)。快速升溫(如20°C/min)可提高靈敏度但可能犧牲分辨率；慢速升溫(如2°C/min)適合分離重疊峰。
 

　　溫度范圍：根據(jù)樣品特性設(shè)定。例如，聚乙烯測試范圍為-150°C至200°C。
 

　　氣氛控制：
 

　　氣體類型：氮氣(惰性保護(hù))、氧氣(氧化誘導(dǎo)期測試)、氦氣(高導(dǎo)熱需求)。
 

　　流速設(shè)定：50 mL/min(典型值)，需根據(jù)樣品反應(yīng)性調(diào)整(如易氧化樣品需更高流速)。
 

　　壓力條件：常壓測試為主，高壓DSC可研究超臨界流體行為(需專用設(shè)備)。
 

　　3. 實驗執(zhí)行與監(jiān)控
 

　　樣品裝載：
 

　　將空坩堝置于參比盤，樣品坩堝置于樣品盤，確保放置穩(wěn)定。
 

　　關(guān)閉爐體，啟動氮氣閥(輸出壓力0.14 MPa)和制冷機(jī)(如需低溫測試)。
 

　　實驗啟動：
 

　　打開儀器電源，自檢完成后(綠色指示燈亮)連接電腦軟件。
 

　　設(shè)置實驗?zāi)Ｊ?如校準(zhǔn)或測試)、樣品信息(名稱、質(zhì)量)、程序參數(shù)(升溫速率、氣氛)。
 

　　點擊“START”開始實驗，實時監(jiān)控?zé)崃髑€異常(如基線漂移、峰形畸變)。
 

　　4. 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果解讀
 

　　基線校正：
 

　　使用參比物數(shù)據(jù)消除儀器和環(huán)境干擾，校正方法包括：
 

　　直線基線法：峰前后基線在同一直線上時，取基線連線為峰底線。
 

　　切線基線法：峰前后基線不一致時，通過最大斜率點切線確定峰底線。
 

　　峰特征提取：
 

　　熔融溫度(Tm)：吸熱峰峰值溫度，反映材料結(jié)晶完整性。
 

　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)：臺階中點溫度，表征非晶態(tài)聚合物柔韌性。
 

　　結(jié)晶度計算：

  

　　

       結(jié)果驗證：
 

　　重復(fù)性測試：相同條件下多次測量，峰溫偏差應(yīng)<±1°C，峰面積偏差<±5%。
 

　　交叉驗證：結(jié)合TG(熱重分析)確認(rèn)分解溫度，避免DSC量熱誤差。
 

　　三、DSC應(yīng)用場景與案例
 

　　材料科學(xué)：
 

　　聚合物加工：測定聚乙烯Tg(-120°C)和Tm(125°C)，優(yōu)化注塑溫度。
 

　　鋰電池安全：分析電解液熱穩(wěn)定性，將三元材料熱失控溫度從220°C提升至250°C。
 

　　食品工業(yè)：
 

　　巧克力調(diào)溫：通過可可脂熔融曲線(吸熱峰28-32°C)指導(dǎo)工藝參數(shù)設(shè)定，產(chǎn)品合格率從85%提升至98%。
 

　　生物醫(yī)藥：
 

　　藥物多晶型篩選：區(qū)分磺胺類藥物α型和β型(熔點差異2°C)，確保生物利用度一致性。