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熱分析儀器性能簡介（DSC）
*章 PerkinElmer及其熱分析產(chǎn)品概況
PerkinElmer是大的分析儀器和生化儀器的；目前年營業(yè)額超過20億美元,，雇員約9100名,，在140多個國家設(shè)立分支機構(gòu)和辦事處。
PerkinElmer 熱分析介紹：
PerkinElmer是早的熱分析儀器生產(chǎn)商,，也是世界*的功率補償型DSC的,。目前，PerkinElmer全套的熱分析儀器包括：DSC 8500,，DSC 8000,，DSC 6000，DSC 4000,，Pyris 1 TGA,， TGA 4000，STA 6000,，STA8000,，DMA 8000。
PerkinElmer（簡稱PE） 在中國的熱分析用戶2000多名,，主要集中于政府性檢測,、高校、研究院所和企業(yè)技術(shù)中心等,。中國*和上海*（3套）都選用了PerkinElmer的熱分析儀器進行政府性檢測,。在聚合物領(lǐng)域的PE儀器用戶廣泛，例如,，固鉑輪胎,、錦湖輪胎、雙錢輪胎,、霍尼韋爾,、?？松梨凇⑸虾Ｆ绽貜秃喜牧?、聯(lián)亞藥業(yè),，F(xiàn)MC等單位都新近采購DSC或TGA。
PE公司熱分析系列不僅包括性能的功率補償型DSC和TGA,、DMA,，具備站式的熱分析聯(lián)用技術(shù)，例如TGA-FTIR,，DSC-ROMAN,，TGA-MS/GCMS,，TGA-FTIR-GCMS,。隨著研發(fā)人員越來越多的關(guān)注聯(lián)用技術(shù)來進行廣泛的材料性能剖析，站式的解決方案將成為您高 研發(fā)的可靠的聯(lián)用技術(shù)保障,。
第二章 功率補償型DSC的 性能特點
目前,，DSC的設(shè)計原理主要有兩種類型：功率補償型和熱流型設(shè)計。功率補償型DSC是PerkinElmer的*技術(shù),，由DSC 7,、Pyris 1 DSC、Diamond DSC幾代升 而來,，功率補償型DSC的型號為DSC 8000/8500,。DSC 8000/8500特別適用于藥品、食品,、高分子,、化工產(chǎn)品等檢測和研發(fā)工作，其主要特點包括如下：
DSC 8000屬于功率補償型的雙爐體設(shè)計,，與熱流型DSC的根本優(yōu)勢在于功率補償型直接測量能量,，而非溫度差，從而在全量程范圍內(nèi)溫度真正實現(xiàn)線性,。
具體性能指標的對比（請參考各個公司的DSC樣本手冊），下面列出了DSC 8000簡要性能表,。
DSC 8000的技術(shù)參數(shù)
性能說明
特性 | 注明 |
測試原理：功率補償型 | DSC 8000屬于功率補償型, 與熱流型DSC的根本優(yōu)勢在于功率補償型直接測量能量,，而非溫度差，從而在全量程范圍內(nèi)溫度真正實現(xiàn)線性,。主要優(yōu)點如： 可實現(xiàn)嚴格的等溫結(jié)晶,，等溫固化及氧化誘導期的操作，世界上所有其它公司的DSC產(chǎn)品皆無法實現(xiàn)等溫操作（ΔT¹0）,； 輕的爐體可實現(xiàn)快的升降溫,，且無過沖及溫度滯后現(xiàn)象，可方便地研究材料的結(jié)晶動力學,、玻璃化轉(zhuǎn)變,； 因功率補償型DSC*的設(shè)計原理，它直接測量熱量而無需多點溫度的標樣校正和復雜的熱學公式計算,，故可得到*的量熱精度（0.03%）,，儀器靈敏度0.18 mW，這是所有的熱流型DSC在設(shè)計原理和實際指標上無法達到的,。 |
靈敏度：0.18 mw | 能檢測到微小或快速相轉(zhuǎn)變點,。 |
量熱計精度優(yōu)于0.03% | < ±0.03%（目前世界上DSC*指標） 量熱計精度是DSC重要的性能指標之，即多次測量同樣品的重現(xiàn)誤差范圍,。功率補償型DSC由于的設(shè)計原理,，其量熱計精度是所有的熱流型DSC無法相比的。目前熱流型DSC的量熱精度普遍比功率補償型DSC要差個數(shù)量 ,。 |
量熱度 | < ±0.2%（目前世界上DSC*指標） 代表DSC儀器測量熱量結(jié)果的情況,，即測量的熱量值和理論熱量值的偏差程度。 |
溫度度 | < ±0.05 oC 溫度度是指通過DSC校正后,，測量標準樣品（已知轉(zhuǎn)變溫度）時DSC儀器能夠達到的程度,，即偏差有多大,。 |
溫度精度 | < ±0.008 oC 溫度精度是指溫度度，即多次測量同樣品的重現(xiàn)誤差范圍,。 |
溫度范圍 | - 180 oC ~ + 750 oC（低溫根據(jù)選配的低溫裝置確定） |
線性控制升溫速度 | 0.01~300 °C/min 爐體小巧,，快的線性升降溫速率賦予儀器許多特殊性能，如： 1. 可方便地研究材料結(jié)晶動力學,、玻璃化轉(zhuǎn)變,； 2. 模擬實際生產(chǎn)工藝中冷熱處理過程，使得試驗與工藝流程趨*,； 3. 快速升降溫性能大大提高分析速度和試驗效率,； 4. 爐體小巧，快的升降溫速率確保儀器在操作過程中無溫度滯后現(xiàn)象,，始終與程序溫度同步,； 5. 小巧的爐體具有小的溫度梯度。
而熱流型DSC的爐體體積大,，升降溫速率慢,，操作中存在以下問題： 1. 降溫速率稍高時為非線性降溫，且降溫曲線出現(xiàn)拐點,，拐點處DSC曲線相應出現(xiàn)熱流跳躍，會掩蓋可能出現(xiàn)的真實熱效應峰,； 2. 不可能真正方便地研究結(jié)晶動力學,； 3. 試驗結(jié)束由高溫降至室溫需較長時間，降低分析效率,，而且溫度滯后嚴重,，難以與程序溫度同步。 |
爐體：鉑銥合金爐體 | *的鉑銥合金爐體,，耐腐蝕,抗氧化,，易清洗，尤其適合于含氟材料等腐蝕性強的材料測試,。鉑銥合金爐體是目前DSC爐體材料中使用壽命長的,，很多客戶如南京師范大學測試中心，武漢大學等等,，鉑銥合金爐體使用了20年后,，其備用爐從未必要換。 |
溫度傳感器 | 鉑電阻,，面測溫,，而非熱流型DSC的熱電偶（單點測溫）。 |
冷卻時間 | 室溫條件：4min內(nèi)由+750 oC 降至100 oC,。 使用液氮：2min內(nèi)由+200oC降至-100 oC,。 |
控溫能力 | 100 °C/min升溫,，沖溫小于0.1oC。 只有功率補償型DSC才能得到如此佳的溫控能力,。 |
冷卻系統(tǒng) | 用戶可以根據(jù)需要選配冰水浴,，循環(huán)液體，機械制冷（2P,，3P）或者自動液氮制冷設(shè)備,。 其中，CryoFill自動加液氮并有液氮液位傳感器,，這是PerkinElmer *的技術(shù),。控制加入量,，在-150 oC~50 oC循環(huán)使用,，液氮消耗量小于2L/hr。 |
除霜功能 | 世界上*的蓋板自動加熱設(shè)計,消除低溫操作下的結(jié)霜現(xiàn)象,，從而實現(xiàn)低溫下的連續(xù)操作,，并確保低溫操作時DSC基線的穩(wěn)定性 |
測試氣體自動控制 | 內(nèi)置的氣體質(zhì)量流量控制器，可控制測試氣氛和進行氣氛切換的DSC測試,。在全量程內(nèi)可使用氮,、氫、二氧化碳,、空氣,、氧氣或者其它惰性或者活性氣體。 |
StepScan DSC（分步掃描調(diào)制溫度技術(shù)） | PerkinElmer公司有自己的SSDSC（StepScan）技術(shù),，具有的溫度調(diào)制功能,，可以同時得到和分離可逆（熱力學）和不可逆（動力學）的DSC 曲線，并在不降低靈敏度的情況下,，提高分辨率,。 |
儀器控制及配套數(shù)據(jù)處理軟件 | Microsoft Windows用戶控制系統(tǒng)，的分析數(shù)據(jù)處理軟件,。DSC8000除了Pyris熱分析軟件的常用DSC控制分析功能之外,，還標配了原裝的高 調(diào)制軟件，動力學軟件（等溫動力學和掃描動力學）,，純度軟件和高 比熱軟件,。 |
Cp直接測量技術(shù) | 含有 |
各種聯(lián)用測試技術(shù) | 根據(jù)用戶需要可選配（詳見下文） |
DSC附文1：
功率補償型DSC 8000的升降溫速度及應用
、DSC8000的功率補償型設(shè)計原理簡介
目前世界所有的DSC產(chǎn)品有兩種設(shè)計原理：熱流型和功率補償型,。熱流型DSC通過測量樣品與參比之間的溫度差,，來計算能量，樣品與參比在個爐體之中，目前爐體小約30克左右,；功率補償型是測量補償給樣品的能量變化,，直接測量能量，爐體較小,，約1克左右,。由于功率補償型的設(shè)計原理，從而達到目前DSC產(chǎn)品中*異的性能,，例如,，快速升降溫速度為300度/分鐘，即使在100度/分鐘條件下快速升溫,，沖溫小于0.1度,。
二、突出升溫速度和控溫能力的實例說明
2.1 顯著提高儀器的靈敏度
圖1 測PP的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
上圖是聚丙烯（PP）的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測定,，可以看出玻璃化轉(zhuǎn)變的測試靈敏度隨著升溫速度的提高有了顯著變化,。從原理上說，DSC測試的縱坐標是熱流mW,，其物理量是J/s,。對于同個樣品轉(zhuǎn)變而言，其焦耳熱J是固定的,，從而提高升溫速度相當于縮短了時間s,，從而大大提高了mW，即提高了儀器的靈敏度,。
當然,，材料本身熱阻的影響，如果用相同的校正程序,， DSC高速測試的結(jié)果溫度肯定有所偏高；但只要先在高速條件做溫度校正后,，再進行高速測試的結(jié)果是的,。
通過提高升溫速度來測試難測的樣品，這就要求DSC儀器本身有良好的控溫能力和快速升降溫能力,。這也是功率補償型DSC對于研究開發(fā)工作具備的強大拓展性能之,。
2.2 高速DSC功能——測試樣品的原始結(jié)晶狀態(tài)
圖2 淬火PET 的DSC測試圖譜（250 C/min）
在DSC的升溫測試時，通常所用的掃描溫度是10度/分鐘,，或者20度/分鐘,。在此升溫測試中，很多高分子材料可能隨著溫度的升高而發(fā)生序列沖排,，即通常所說的冷結(jié)晶,。為了測試分析得到樣品原始狀態(tài)的結(jié)晶情況，我們通常是通過熔融熱焓值減去結(jié)晶熱焓值作為原始結(jié)晶的熱焓值,。但其實,，在同種高分子材料中也可能存在幾種晶型,，而不同種晶型的熔融熱焓不定相同，所以我們簡單的相減往往帶來了分析的誤導,。
如果采用高速掃描DSC測試（例如200度/分鐘或高）,，尤其快速的升溫，發(fā)生序列重排的冷結(jié)晶來不及形成,，從而可以得到原始狀態(tài)的樣品結(jié)晶情況,。如下圖2所示，經(jīng)過淬火的PET樣品基本屬于無定形,，如果采用我們通常的10 C/min測試,，肯定會發(fā)生冷結(jié)晶；而采用250 C/min測試的圖2曲線,，可以的測得樣品原始的狀態(tài),。
2.3 對于材料的結(jié)晶性能的測試優(yōu)勢
2.3.1 模擬大范圍升降溫速率的工藝條件
DSC8000具有快的升降溫能力，可以在大范圍的模擬生產(chǎn)條件,，或者通過調(diào)整升降溫速度來優(yōu)化樣品結(jié)晶性能,。
材料的熱歷史在很大程度上決定了產(chǎn)品的性能，采用不同的降溫速率（例如,，10C/min,，50C/min，150C/min等）來處理樣品,，然后測試樣品的結(jié)晶性能變化,，為終的應用提供有力的分析結(jié)果。
2.3.2 快速升降溫速率和的溫控是等溫結(jié)晶試驗的 要條件
圖3 PET的等溫結(jié)晶試驗
我們經(jīng)常做樣品的等溫結(jié)晶來分析材料的活化能,、反應 數(shù)等,，也經(jīng)常做等溫固化來分析固化度隨時間的變化情況。這些DSC測試都有個前提條件：快速的到達我們設(shè)定的等溫溫度,，然后快速的平衡在此溫度,。如果沒有快速的升降溫能力和的溫控能力，等溫試驗結(jié)果將誤差很大,。例如,，溫度過沖太大，則會明顯改變樣品的結(jié)晶和固化速度,。圖3是采用功率補償型 DSC做的PET等溫結(jié)晶試驗曲線,。
從而， DSC 8000由于其功率補償型的設(shè)計原理,，快的升降溫能力,，的溫控能力（在100度/分鐘條件下快速升溫，沖溫小于0.1度）。這些的性能是等溫試驗的*,。
DSC附文2：
DSC爐體材料及其耐腐蝕性能
功率補償型DSC 8000的爐體采用輕質(zhì)爐體設(shè)計,，賦予儀器快的線性升降溫速率，進而賦予儀器許多特殊性能,，如：可方便地研究材料結(jié)晶動力學,、玻璃化轉(zhuǎn)變；模擬實際生產(chǎn)工藝中冷熱處理過程,，使得試驗與工藝流程趨*,；快速升降溫性能大大提高分析速度和試驗效率；爐體小巧,，快的升降溫速率確保儀器在操作過程中無溫度滯后現(xiàn)象,，始終與程序溫度同步。
而熱流型DSC的爐體體積大,，升降溫速率慢,，操作中存在以下問題：降溫速率稍高時為非線性降溫，且降溫曲線出現(xiàn)拐點,，拐點處DSC曲線相應出現(xiàn)熱流跳躍,，會掩蓋可能出現(xiàn)的真實熱效應峰；不可能真正方便的研究結(jié)晶動力學,；試驗結(jié)束由高溫降至室溫需較長時間,，降低分析效率，而且溫度滯后嚴重,，難以與程序溫度同步,。
DSC（差示掃描量熱儀）是在溫度/時間程序下檢測材料的熱量變化的精密儀器，常用于研究材料的熔融,、玻璃化轉(zhuǎn)變,、比熱、固化,、結(jié)晶以及動力學等熱性能,，應用于高分子、藥品,、無機、有機,、金屬,、納米材料、復合材料等研發(fā)領(lǐng)域,。
對于科研工作,，DSC常用于檢測微弱的熱量變化（如微弱相變或結(jié)晶，微弱的Tg等等），例如,，熱焓為0.01 J/g的相變峰,。這么微弱的變化，對于DSC儀器本身就有兩個方面的基本要求：是要求DSC儀器有的靈敏度,，就是DSC儀器本身可達到的性能指標,；二是要求儀器不能存在污染物等雜質(zhì)信息，這就要求DSC具有的耐腐蝕性設(shè)計,、并且保持良好的儀器使用習慣,。
簡而言之，腐蝕性污染對DSC帶來的不良后果如下：
污染物的存在,，必定在以后的DSC檢測中附帶有未知污染物,，即帶來了雜質(zhì)污染物的熱訊息，從而給科研工作帶來誤導誤判,。微量的污染物,，會使儀器靈敏度下降，雜質(zhì)相當于增加了基線噪音,；污染嚴重時,，無法正常使用該儀器，污染物的訊息雜亂無序,，掩蓋了樣品的正常DSC信號,。
尤其重要的是，腐蝕性污染物往往具有強性,、腐蝕性或者酸堿性,，這就很可能損壞DSC爐體。例如,，武漢某大學測試中心,，測試很多的腐蝕性樣品，年內(nèi)損害了3個爐體,。這就大大增加了使用成本,，由于怕污染而很多樣品都不敢檢測，給科研檢測工作帶來很大的不便,。
但是,，在目前的科研工作中，腐蝕性樣品很多,，而且很多樣品在檢測前我們并不知曉其分解污染情況,。那么，如何合理使用DSC,、避免污染的產(chǎn)生和影響,，從而達到良好的使用狀態(tài)呢,？
先，注意儀器日常維護,，適當減少樣品用量,。除了注意DSC儀器的日常清理維護外，對于可能帶來腐蝕污染物的樣品,，在制備樣品時,，只要能夠檢測到有效信號的前提下，通常樣品量越少越好,；這樣,，即使有污染物產(chǎn)生，也產(chǎn)生少量,。
其次,，對于測試采用坩堝的選擇：若樣品的確有污染分解物產(chǎn)生的可能，我們盡量選用密封性較好的坩堝,，例如,，進口標準坩堝可以耐2~3個大氣壓。但進口標準坩堝這種密封效果也畢竟般,，PE公司產(chǎn)品可以選用高壓密封坩堝,，是不銹鋼鍍金的材質(zhì)、可耐40個大氣壓,、可重復使用,，但其缺點是不銹鋼鍍金的導熱性能不及標準坩堝、定程度上降低了DSC儀器的靈敏度,。
后,，也是重要的點：DSC的爐體材料。如果已知將來檢測的樣品具有定腐蝕污染性,，尤其是測試中心,，那么在DSC選型時定要考慮DSC的爐體材料。目前,，DSC的爐體材料主要是康銅爐體,、銀質(zhì)爐體、鉑銥合金,，簡要的耐腐蝕性比較如下：
DSC附文3：
PE公司DSC部分用戶名單
客戶單位 | 客戶單位 |
中南大學機電工程學院 | 長沙理工大學 |
武漢大學 | 華中科技大學 |
武漢理工大學 | 武漢工程大學 |
湖北工業(yè)大學 | 湖北大學 |
中科院武漢物數(shù)所 | 湖北十堰東風汽車公司 |
湖北師范學院 | 湖北襄樊航天部637所 |
湖北新華光信息材料股份有限公司 | 湖北中南民族大學 |
南昌大學 | 江西中醫(yī)學院 |
江西師范大學 | 江西科技師范學院 |
洪都航空工業(yè)集團有限責任公司 | 珠海思美亞碳粉有限公司 |
清華大學 | 珠海粵科京華電子陶瓷有限公司 |
北京大學 | 東莞普力特馬塑料材料有限公司 |
北京市藥品檢驗所 | 富士康科技集團 |
總后北京物資供應站 | 廣東東莞新科磁電廠 |
北京航空航天大學 | 廣東華南熱帶作物產(chǎn)品加工設(shè)計研究所 |
北京航空技術(shù)研究院 | 廣東聯(lián)塑科技實業(yè)有限公司 |
北京化工大學 | 廣東煒林納功能材料有限公司 |
北京科技大學 | 廣東肇慶風華電子工程開發(fā)公司 |
北京*油料研究所 | 廣東肇慶星湖生化制藥廠 |
北京藍星化工科技總院 | 彩虹集團公司珠海彩珠實業(yè)有限公司 |
北京理工大學 | 廣州金發(fā)科技股份有限公司 |
北京林業(yè)大學 | 廣州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所 |
北京輕工業(yè)研究所 | 廣州亞美聚酯有限公司 |
北京上地新世紀生物藥業(yè)研究有限公司 | 廣州藝美包裝工業(yè)有限公司 |
北京石油勘探開發(fā)科學研究院 | 大三得電子科技（深圳）有限公司 |
北京市塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站 | 長春工業(yè)大學 |
北京衛(wèi)星制造廠 | 長興電子材料(昆山)有限公司 |
北京燕山石化公司化工二廠 | 長興化學工業(yè)（中國）有限公司 |
國家納米科學中心 | 常熟嘉培氟化學公司 |
LG化學 | 大金氟化工（中國）有限公司 |
紡織部紡化研究所 | 巢湖學院 |
航天科技集團航天材料及工藝研究站/北京航天科技集團703所 | 成都電子科技大學 |
鋼鐵研究總院（中國鋼研科技集團公司） | 成都飛機工業(yè)集團公司 |
*部2所 | 成都中藍晨光化工研究院 |
富士康精密組件（北京）有限公司 | 大慶漢維長恒高壓玻璃鋼管道有限公司 |
*部物證鑒定中心 | 大慶石油管理局研究院 |
大慶石油新科慶聯(lián)防腐有限公司 | 大慶石油化工設(shè)計院 |
大慶石油學院 | 大慶石油設(shè)計院 |
大慶乙烯工程公司 | 中國石油大學 |
大慶油田有限公司第六采油廠 | 東北林業(yè)大學 |
東北電力學院 | 哈爾濱玻璃鋼研究院 |
復旦大學 | 哈爾濱電機廠 |
同濟大學 | 哈爾濱飛機工業(yè)集團 |
藥明康德新藥開發(fā)有限公司 | 哈爾濱工程大學 |
*上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 | 哈爾濱工業(yè)大學 |
*上海有機化學研究所 | 哈爾濱樺林橡膠廠 |
嘉興桑迪亞聯(lián)友制藥有限公司 | 哈爾濱理工大學 |
富美實（上海)化學技術(shù)咨詢有限公司 | 哈爾濱史密斯玻璃鋼制品有限公司 |
東華大學（中國紡織大學） | 帝斯曼工程塑料（江蘇)有限公司 |
泛亞汽車技術(shù)中心有限公司 | 杜邦－旭化成聚甲醛（張家港）有限公司 |
愛博斯迪科化學（上海）有限公司 | 福建廈門TDK有限公司 |
達豐（上海）電腦有限公司 | 福州大學 |
寶理工程塑料貿(mào)易（上海）有限公司 | 甘肅天水師范學院 |
LG化學 | *部四川消防研究所 |
大連市藥品檢驗所 | *部天津消防科學研究所 |
遼寧省藥品檢驗所 | 廣西大學 |
大連化工（江蘇）有限公司 | 廣西桂林電器科學研究所 |
大連化物所 | 廣西師范大學 |
大連普蘭店*互感器廠 | 廣西玉林柴油機廠 |
大連普蘭店*互感器廠 | 貴州教育學院 |
東北電力試驗研究院 | 貴州遵義市鐵合金廠礦冶所 |
東北電子技術(shù)研究所 | 哈工大食品學院 |
河南中原制藥廠 | 海南盛之業(yè)有限公司 |
河南安彩華林化學建材有限公司 | 邯鄲凈化設(shè)備研究所 |
河南公路局 | 漢高樂泰（中國）有限公司 |
河南科技大學 | 杭州福斯特熱熔膠膜有限公司 |
河南洛陽航天工業(yè)總公司014所 | 航空部7416廠/西安航天化學動力廠 |
河南洛陽煉油廠研究所 | 航空航天部637所 |
河南省建華玻璃廠 | 航天總公司四院 44所 |
河南省*基本建設(shè)質(zhì)量檢測監(jiān)督站 | 合肥杰事杰新材料有限公司 |
河南省蓮花味精集團 | 河北醫(yī)科大學 |
河南省振華玻璃廠 | 錦陽703場工藝所 |
河南中原大化集團中心 | 錦州市*53研究所 |
克拉瑪依金龍鎮(zhèn)潤滑油廠研究所 | 駿碼凱撒有限公司 |
昆明理工大學 | *廣州化學研究所 |
…… (PE公司功率補償性DSC超過1000家用戶) | |
第三章 PerkinElmer公司熱分析產(chǎn)品聯(lián)用系統(tǒng)
PerkinElmer是大的分析儀器生產(chǎn)商,，對于熱分析儀器與其它產(chǎn)品聯(lián)用進行深層的研發(fā)應用,，具有先天的性——即：站式的連用解決方案,，所有接口系統(tǒng)的專門研發(fā)定制確保了*的聯(lián)用效果,，另外也從根源上解決了儀器聯(lián)用效果不佳的責任歸屬問題,。
目前,，技術(shù)成熟的熱分析聯(lián)用技術(shù)包括：
化工儀器網(wǎng)