差示扫描量热原理的工作原理及应用

DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。当样品产生热效应时，参比物和样品之间就出现温差ΔT，通过微伏放大器A，把信号输给差动热量补偿器C，使输入到补偿加热丝F的电流发生变化。

例如，当样品吸热时，使样品一边的电流Is增大，参比物一边的电流IR立即减小，但Is+IR得保持恒定值；在试样产生热效应时，不仅补偿的热量等于样品放（吸）热量，而且热量的补偿能及时、迅速地进行，样品和参比物之间可以认为没有温度差（ΔT=0）。试样的热量变化（吸热或放热）由输入电功率来补偿，因此只要测得功率的大小，就可测得试样吸热或放热的多少。吸（放）热量与功率补偿之间的关系式为

式中，C为热容量；WS为吸（放）热量（即样品产生的热量变化的电功率）；WC为电功率补偿量；K为放大器放大倍数。

将式（7―13）代入式（7―14）可得到

移项整理得

若K≫1，则

式中，K值越大越好，从而使WC≈WS，即电功率补偿量约等于试样吸（放）热的热量。根据ICTA规定：DSC曲线的纵轴为热流速率dQ/dt，横轴为温度或时间。表示当保持试样和参比物的温度相等时输给两者的功率之差，曲线的吸热峰朝上，放热峰朝下，灵敏度单位为mJ·s―1。(www.xing528.com)

差示扫描量热测定时记录的结果称之为DSC曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温度（T）或时间（t）。与在DTA曲线中，吸热效应用谷来表示，放热效应用峰来表示所不同的是：在DSC曲线中，吸热（endothermic）效应用凸起正向的峰表示（热焓增加），放热（exothermic）效应用凹下的谷表示（热焓减少）。

典型的差示扫描量热（DSC）曲线（见图7―10）以热流率（dH/dt）为纵坐标、以时间（t）或温度（T）为横坐标，即dH/dt―t（或T）曲线。曲线离开基线的位移即代表样品吸热或放热的速率（mJ·s―1），而曲线中峰或谷包围的面积即代表热量的变化。因而差示扫描量热法可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应。

考虑到样品发生热量变化（吸热或放热）时，此种变化除传导到温度传感装置（热电偶、热敏电阻等）以实现样品（或参比物）的热量补偿外，尚有一部分传导到温度传感装置以外的地方，因而差示扫描量热曲线上吸热峰或放热峰面积实际上仅代表样品传导到温度传感器装置的那部分热量变化。

图7―10　典型的差示扫描量热（DSC）曲线

样品真实的热量变化与曲线峰面积的关系为

式中，m为样品质量；ΔH为单位质量样品的焓变；A为与ΔH相应的曲线峰面积；K为修正系数，又称仪器常数。K与样品的导热系数和测定池的种类、气氛有关。K值可由已知焓的标准物测得的热谱图的峰面积求出。