DSC的基本原理

　　差示掃描量熱（Differential scanning calorimetry，簡稱DSC）是在程序控溫過程中，通過檢測器定量測出試樣吸收或放出的熱量，研究試樣的熱變化（熔化，分解，交聯(lián)等）。

　　根據(jù)測量方法的不同，DSC可分為熱流型DSC和功率補償型DSC。

　　圖一：熱流型DSC的儀器構造簡圖

　　熱流型DSC，通常也被認為是定量的DTA，它的儀器構造如圖一。試樣和參比都在一個加熱板上加熱，通過熱流檢測器（一種熱阻）可以測出參比和試樣之間的熱流差，從而準確定量，這也是DSC較之DTA的高級之處。

　　圖二：功率補償型DSC儀器構造簡圖

　　功率補償型DSC的儀器構造如圖二，其要求試樣與參比的溫度不論試樣吸熱或放熱都要相同。為此，在試樣和參比下面除設有測溫元件外，還設有加熱器，借助加熱器隨時保持試樣和參比物之間溫差為零，同時記錄加熱器的熱輸出，即可測得熱流差。

　　DSC曲線

　　測量最終得到的是以樣品吸熱或放熱的速率（dH/dt或Φ）為縱坐標，以溫度（T）或時間（t）為橫坐標的DSC曲線。

　　下面以一個簡單的例子介紹DSC曲線（圖三）：

　　圖三：出現(xiàn)熱容變化與放熱峰的DSC曲線

　　圖三中①這里出現(xiàn)的基線臺階所代表的是試樣在加熱過程中出現(xiàn)了熱容變換（一般是玻璃化轉(zhuǎn)變過程），而熱容改變量的計算公式為：

　　△Φ=△C？β

　　其中，△Φ是指變化前后的熱流量Φ的變化量，△C是指熱容變化，β是指常數(shù)，可通過實驗測得。

　　②處虛線指的是基線。基線及峰面積的確定見下文詳解。這里的基線同樣是以臺階的形式出現(xiàn)，可以認為出現(xiàn)了熱容的變化。

　　③處的峰是指放熱峰（不同儀器測得的DSC曲線放熱方向可能不同，需注意）。由扣除基線之后所得到的峰面積A可得到熱變化焓△H：

　　△H =K？A

　　其中K是量熱參數(shù)，可以通過實驗測定。

　　基線和峰面積的確定

　　DSC峰面積的確定首先涉及到基線的確定，而不同峰形的基線的確定方法往往不同，此過程往往需要考慮熱變化過程中的熱容變化。可以用一張示意圖來說明常用的峰面積和基線的確定方法：

　　需要注意的是，一些復雜的峰基線確定方法并不是絕對的，文獻上并沒有對基線的確定有明確規(guī)定，這也是DSC在定性分析上的爭議所在。而令人高興的是， DSC測試軟件都可以很簡單地確定基線和峰面積。

　　DSC的主要應用

　　DSC在食品、塑料、蛋白質(zhì)、液晶、含能材料等領域有著非常廣泛的應用，表一簡要地列出了利用DSC可檢測的主要現(xiàn)象。下面向大家介紹幾例：

　　DSC在離子液體研究中的應用

　　離子液體材料是目前的一大研究熱點，而離子液體的液態(tài)區(qū)間是其重要的熱學數(shù)據(jù)。通過DSC可以十分方便地確定離子液體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及熔點等數(shù)據(jù)。該圖作者設計出了一類新型的離子液體材料，通過DSC曲線，很好地確認了化合物1、4、5、10、12（為化合物代號，見參考文獻）的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度或熔點。

　　DSC在液晶材料領域的應用

　　通過DSC可以十分方便地確定液晶材料的液晶溫度區(qū)間，這對于液晶材料的應用具有十分重要的意義。該作者利用DSC，冷卻樣品之后再加熱，發(fā)現(xiàn)所研究對象在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化之后進入液晶區(qū)間，直到60℃后完全轉(zhuǎn)化為各向同性的液體。

　　DSC表征納米材料性質(zhì)

　　2013年Nanoscale報道，合成納米鉆石的前驅(qū)體中不僅含有自由的水分子，而且其孔道中還包含有納米水團，這兩種水在DSC中會出現(xiàn)不同的熔化峰。研究表明這兩種水的熔點差異（△T）可以用于判斷前驅(qū)體的分散性，作者表明這是其他的常規(guī)表征手段所無法做到的。

　　聯(lián)用技術

　　目前，不同熱分析技術的聯(lián)用十分成熟，同步熱分析儀（STA）便是TG與DSC或DTA的聯(lián)用。而功能更加強大的是熱分析技術與氣體分析技術的聯(lián)用系統(tǒng)，比如同步熱分析儀－氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)，氣體分析技術的引入，為詳細地研究材料熱分解等現(xiàn)象創(chuàng)造了條件。

　　DSC實驗小技巧

　　升溫速率：快速升溫，峰形變大，但特征溫度會向高溫移動，相鄰峰的分離能力下降；慢速分離有利于相鄰峰的分離。

　　樣品量：樣品量少，熱量傳遞迅速均勻，數(shù)據(jù)更加“真實”，但是峰形較小；樣品量多，傳熱延遲，信號移動，而峰強度增加。

　　坩堝加蓋減少熱輻射和熱對流對信號的影響，同時防止氣流造成樣品流失，但是會影響減少反應氣氛與樣品接觸，產(chǎn)生的氣體無法被帶走，造成體系壓力增加，因此在一些樣品的測量中后選擇在坩堝蓋上進行扎孔。