DSC差示掃描量熱法

示掃描量熱法（differential scanning calorimetry）這項技術被廣泛應用于
一系列應用，它既是一種例行的質量測試和作為一個研究工具。該設備易于校準，使用熔點低，是一種快速和可靠的熱分析方法。差示掃描量熱法(DSC)是在程序控制溫度下，測量輸給物質和參比物的功率差與溫度關系的一種技術。DSC和DTA儀器裝置相似，所不同的是在試樣和參比物容器下裝有兩組補償加熱絲，當試樣在加熱過程中由于熱效應與參比物之間出現溫差ΔT時，通過差熱放大電路和差動熱量補償放大器，使流入補償電熱絲的電流發生變化，當試樣吸熱時，補償放大器使試樣一邊的電流立即增大；反之，當試樣放熱時則使參比物一邊的電流增大，直到兩邊熱量平衡，溫差ΔT消失為止。換句話說，試樣在熱反應時發生的熱量變化，由于及時輸入電功率而得到補償，所以實際記錄的是試樣和參比物下面兩只電熱補償的熱功率之差隨時間t的變化關系。如果升溫速率恒定，記錄的也就是熱功率之差隨溫度T的變化關系。 
  物質在溫度變化過程中，往往伴隨著微觀結構和宏觀物理，化學等性質的變化。宏觀上的物理，化學性質的變化通常與物質的組成和微觀結構相關聯。通過測量和分析物質在加熱或冷卻過程中的物理、化學性質的變化，可以對物質進行定性，定量分析，以幫助我們進行物質的鑒定，為新材料的研究和開發提供熱性能數據和結構信息。    在差熱分析中當試樣發生熱效應時，試樣本身的升溫速度是非線性的。以吸熱反應為例，試樣開始反應后的升溫速度會大幅度落后于程序控制的升溫速度，甚至發生不升溫或降溫的現象;待反應結束時，試樣升溫速度又會高于程序控制的升溫速度，逐漸跟上程序控制溫度，升溫速度始終處于變化中。而且在發生熱效應時，試樣與參比物及試樣周圍的環境有較大的溫差，它們之間會進行熱傳遞，降低了熱效應測量的靈敏度和精確度。因此，到目前為止的大部分差熱分析技術還不能進行定量分析工作，只能進行定性或半定量的分析工作，難以獲得變化過程中的試樣溫度和反應動力學的數據。DSC分析與差熱分析相比，可以對熱量作出更為準確的定量測量測試，具有比較敏感和需要樣品量少等特點。 
  DSC分析主要用于研究金屬玻璃的顯微結構中亞穩相的轉變溫度以及轉變動力學的特征分析。差示掃描量熱儀在程序溫度控制下測量加載樣品和參比物之間的單位時間的能量差(功率差)隨溫度的變化，記錄所得的曲線為DSC曲線。非晶合金是由熔融液態合金急冷得到的，處于熱力學亞穩狀態，隨著溫度的升高，必然發生從非晶態向晶態的轉變。在轉變過程中伴隨著放熱或者吸熱現象：合金在Tg時發生玻璃轉變，合金吸熱；在Tx時發生晶化轉變，合金放熱。用差示掃描量熱儀對非晶合金進行分析得到DSC曲線，可以測量非晶態樣的熱穩定性，確定樣品的玻璃轉變溫度Tg、初始晶化溫度Txl,和晶化峰值溫度Tp;還可以根據曲線分析晶化過程以及結晶焓變△Hx等。    非晶合金中原子是混亂排列的，樣品處在亞穩態。當溫度升高時，在熱激活的作用下，非晶樣品結構將發生變化，并伴隨著放熱和吸熱現象。差示掃描量熱曲線(DSC曲線)是在差示掃描量熱測量中記錄的以熱流率dH/dt為縱坐標、以溫度或時間為橫坐標的關系曲線。由非晶合金的DSC曲線可以得到下列的一些信息:(l)玻璃轉變溫度Tg;(2)晶化溫度Tx;(3)結構弛豫峰，并由結構弛豫峰可獲得低溫結構弛豫和高溫結構弛豫，以及它們的弛豫激活能的值;(4)晶化過程以及結晶焓變△Hx;(5)晶化過程中各種亞穩相的信息。 
  DSC曲線主要受實驗條件和試樣性質的影響：    (1) 實驗條件的影響

DSC測定中，程序升溫速率主要對DSC曲線的峰溫和峰形產生影響。一般來說，當升溫速率變快時，其DSC曲線的峰溫越高，峰面積越大，峰形也越尖銳。這種影響在很大程度上與試樣的種類和熱轉變的類型關系密切。在高升溫速率下，會導致試樣內部溫度分布不均勻。當超過一定的升溫速率時，由于體系不能很快響應，試樣反應中的變化全貌不能被精確地記錄下來，另外，升溫速率過快，會產生過熱現象.另外為了避免某些待測物質在實驗過程中發生氧化、還原等化學反應，不同的物質須在不同的氣氛中進行測試。 
  (2) 試樣性質的影響 
  進行DSC測定時 ，一般試樣量很少，約為幾十毫克。若用量過多，使試樣內部傳熱變慢，溫度梯度變大，導致峰形變大，分辨力下降。另外粒度對DSC測定也有一定的影響，但比較復雜。一般來說，顆粒大的熱阻較大，使試樣的熔融溫度和熔融熱燴偏低。當結晶的試樣研磨成細粒后，由于晶體結構的歪曲和晶粒度的下降也會造成類似的結果。如果粉狀試樣帶有靜電，則由于顆粒間的靜電引力使粉體團聚，也會導致熔融熱焓變大。    影響因素 
  許多物質在加熱或冷卻過程中會發生熔化、凝固、晶型轉變、分解、化合、吸附、脫附等物理化學變化。這些變化必將伴隨體系焓的改變，因而產生熱效應。其表現為該物質與外界環境之間有溫度差。選擇一種對熱穩定的物質作為參比物，將其與樣品一起置于可按設定速率升溫的電爐中。分別記錄參比物的溫度以及樣品與參比物間的溫度差。以溫差對溫度作圖就可以得到一條差熱分析曲線，或稱差熱譜圖。 
  如果參比物和被測物質的熱容大致相同，而被測物質又無熱效應，兩者的溫度基本相同，此時測到的是一條平滑的直線，該直線稱為基線。一旦被測物質發生變化，因而產生了熱效應，在差熱分析曲線上就會有峰出現。熱效應越大，峰的面積也就越大。在差熱分析中通常還規定，峰頂向上的峰為放熱峰，它表示被測物質的焓變小于零，其溫度將高于參比物。相反，峰頂向下的峰為吸收峰，則表示試樣的溫度低于參比物。一般來說，物質的脫水、脫氣、蒸發、升華、分解、還原、相的轉變等等表現為吸熱，而物質的氧化、聚合、結晶、和化學吸附等表現為放熱。  DSC曲線
  在操作中，通過單獨的加熱器補償樣品在加熱過程中發生的熱量變化，以保持樣品和參比物的溫差為零。這種補償能量(即樣品吸收或放出的熱量)所得的曲線稱DSC曲線。是以樣品吸熱或放熱的速率，即熱流量dQ/dt(單位mJ/s)為縱坐標，以時間t或溫度T為橫坐標。曲線離開基線的位移，代表樣品吸熱或放熱的速率；曲線中的峰或谷所包圍的面積，代表熱量的變化。可測定多種熱力學和動力學參數，如比熱容、焓變、反應熱、相圖、反應速率、結晶速率、高聚物結晶度、樣品線度等。使用溫度范圍為－175～725℃，適用于無機及有機化合物和藥物分析。并可用做定性分析的指紋技術。