差示掃描量熱分析PPT

1、差示掃描量熱分析DSC（Differential Scanning Calorimetry）差示掃描量熱分析法差示掃描量熱分析法定義-在溫度程序控制下，測(cè)量試樣相對(duì)于參在溫度程序控制下，測(cè)量試樣相對(duì)于參 比物的熱流速率隨溫度或時(shí)間變化的一種比物的熱流速率隨溫度或時(shí)間變化的一種技術(shù)。技術(shù)。DSC的外觀及內(nèi)部熱流型DSC功率補(bǔ)償型DSC實(shí)驗(yàn)室里的DSCDSC曲線曲線l l DSC DSC是在控制溫度變化情況下，以是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以樣品與溫度（或時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為零所需供給的熱量為參比物間溫差為零所需供給的熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。縱坐標(biāo)所得的

2、掃描曲線。DSC曲線曲線l l DSC DSC在被運(yùn)用時(shí)，試樣在在被運(yùn)用時(shí)，試樣在受熱受熱或或冷冷卻卻過程中，由于發(fā)生物理變化或化學(xué)過程中，由于發(fā)生物理變化或化學(xué)變化而產(chǎn)生熱效應(yīng)，在差熱曲線上會(huì)變化而產(chǎn)生熱效應(yīng)，在差熱曲線上會(huì)出現(xiàn)出現(xiàn)吸熱峰吸熱峰或或放熱峰放熱峰。l 試樣發(fā)生力學(xué)狀態(tài)變化時(shí)（例如由試樣發(fā)生力學(xué)狀態(tài)變化時(shí)（例如由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)），雖無吸熱或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)），雖無吸熱或放熱現(xiàn)象，但比熱有突變，表現(xiàn)在差放熱現(xiàn)象，但比熱有突變，表現(xiàn)在差熱曲線上是基線的突然變動(dòng)。試樣內(nèi)熱曲線上是基線的突然變動(dòng)。試樣內(nèi)部這些熱效應(yīng)可用部這些熱效應(yīng)可用DSCDSC進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行檢測(cè)，一般在一般在DS

3、C熱譜圖中，熱譜圖中，吸熱吸熱(endothermic)效應(yīng)用效應(yīng)用凸起的峰值凸起的峰值來表征來表征 (熱焓增熱焓增加加)；放熱放熱(exothermic)效應(yīng)用效應(yīng)用反向的峰值反向的峰值表征表征(熱焓減少熱焓減少)。l 發(fā)生的熱效應(yīng)大致可歸納為：發(fā)生的熱效應(yīng)大致可歸納為： l （1）吸熱反應(yīng)（吸熱反應(yīng)（結(jié)晶、蒸發(fā)、升華、化學(xué)吸附、脫結(jié)晶、蒸發(fā)、升華、化學(xué)吸附、脫結(jié)晶水）結(jié)晶水）l （2）放熱反應(yīng)（放熱反應(yīng)（氣體吸附、氧化降解、燃燒、爆炸、氣體吸附、氧化降解、燃燒、爆炸、再結(jié)晶）再結(jié)晶）l （3）可能發(fā)生的放熱或吸熱反應(yīng)可能發(fā)生的放熱或吸熱反應(yīng)。結(jié)晶形態(tài)的轉(zhuǎn)變、。結(jié)晶形態(tài)的轉(zhuǎn)變、化學(xué)分解、氧化

4、還原反應(yīng)、固態(tài)反應(yīng)等。化學(xué)分解、氧化還原反應(yīng)、固態(tài)反應(yīng)等。 簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的DSCDSC熱譜圖熱譜圖熱焓變化率，熱焓變化率，熱流率熱流率(heat flowing)，單位為毫瓦（單位為毫瓦（mW）吸收熱量，樣品熱容增加，吸收熱量，樣品熱容增加，基線發(fā)生位移基線發(fā)生位移結(jié)晶，放出熱量，放熱峰；結(jié)晶，放出熱量，放熱峰；晶體熔融，吸熱，吸熱峰晶體熔融，吸熱，吸熱峰e(cuò)xoendoExoEndodH/dt (mW)Temperature Glass TransitionCrystallizationMeltingDecomposition玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變結(jié)晶結(jié)晶基線基線放熱行為放熱行為（固化，氧化，反應(yīng)

5、，交聯(lián)）（固化，氧化，反應(yīng)，交聯(lián)）熔融熔融分解氣化分解氣化TdTgTcTmDSC典型典型綜合綜合圖譜圖譜ExoEndo無定形態(tài)無定形態(tài)半結(jié)晶態(tài)半結(jié)晶態(tài)結(jié)晶態(tài)結(jié)晶態(tài)三種聚集態(tài)高分子材料三種聚集態(tài)高分子材料DSC典型圖譜典型圖譜endoDSCDSC用于藥物品質(zhì)分析用于藥物品質(zhì)分析DSC的類型及其基本原理的類型及其基本原理DSC的類型： 根據(jù)所用測(cè)量方法的不同，分為根據(jù)所用測(cè)量方法的不同，分為： 熱流型熱流型(Heat Flux)(Heat Flux) 功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型(Power Compensation)(Power Compensation) 調(diào)制熱流型調(diào)制熱流型(Modulated He

6、at Flux)(Modulated Heat Flux)熱流型熱流型(Heat Flux)(Heat Flux) - -在給予樣品和參比品在給予樣品和參比品相同的功率相同的功率下，測(cè)定樣品下，測(cè)定樣品和參比品兩端的和參比品兩端的溫差溫差 T T，然后根據(jù)熱流方程，將然后根據(jù)熱流方程，將 T T（溫差）換算成（溫差）換算成 Q Q（熱量差）作為信號(hào)的輸出。（熱量差）作為信號(hào)的輸出。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：基線穩(wěn)定基線穩(wěn)定高靈敏度高靈敏度功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型(Power Compensation)(Power Compensation) 在樣品和參比品始終在樣品和參比品始終保持相同溫度保持相同溫度的條件下

7、，的條件下，測(cè)定測(cè)定為滿足此條件樣品和參比品兩端所需的為滿足此條件樣品和參比品兩端所需的能量能量差差，并直接作為信號(hào)，并直接作為信號(hào) Q Q（熱量差）（熱量差）輸出。輸出。 DSC功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型DSC實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的要求：固態(tài)、液態(tài)、粘稠樣固態(tài)、液態(tài)、粘稠樣品都可以測(cè)定，氣體品都可以測(cè)定，氣體除外。除外。測(cè)定前需充分干燥。測(cè)定前需充分干燥。試樣和參比物試樣和參比物l試樣試樣：除氣體外，固態(tài)，液態(tài)樣品都可測(cè)：除氣體外，固態(tài)，液態(tài)樣品都可測(cè)定。定。l裝樣裝樣：盡量使樣品薄而勻地平鋪與坩堝底：盡量使樣品薄而勻地平鋪與坩堝底部，以減少試樣與器皿間的熱阻。部，以減少試樣與器皿間的熱阻。l坩堝坩堝：

8、高聚物一般使用：高聚物一般使用鋁坩堝鋁坩堝，使用溫度，使用溫度低于低于500500，l參比物參比物：必須具有：必須具有熱惰性熱惰性，熱容量和導(dǎo)熱，熱容量和導(dǎo)熱率應(yīng)和樣品匹配。一般為率應(yīng)和樣品匹配。一般為 ，樣品量少，樣品量少時(shí)可放一時(shí)可放一空坩堝空坩堝。主要影響因素主要影響因素l1、樣品l 樣品量樣品量：一般用量為：一般用量為5-10mg5-10mgl 樣品量樣品量少少，分辨率，分辨率高高，但靈敏度，但靈敏度低低，峰溫偏，峰溫偏低低。l 樣品量樣品量多多，分辨率，分辨率低低，但靈敏度，但靈敏度高高，峰溫偏，峰溫偏高高。主要影響因素主要影響因素l2、升、降溫速度l一般的升，降溫速度范圍為一般的升，降溫速度范圍為5-20 /min5-20 /minl最常用的為最常用的為10 /min10 /min不同升降溫速度測(cè)得的數(shù)據(jù)不具可比性主要影響因素主要影響因素l3、氣氛l氛圍氣體：一般使用惰性氣體氛圍氣體：一般使用惰性氣體( (如如 ，) )l主要是主要是防止防止加熱時(shí)樣品的加熱時(shí)樣品的氧化氧化，減少減少揮發(fā)物對(duì)儀揮發(fā)物對(duì)儀器的器的腐蝕腐蝕。氛圍氣體不同時(shí)氛圍氣體不同時(shí)DSCDSC曲線不同曲線不同DSC的應(yīng)用范圍可通過可通過DSC進(jìn)行如下