差示扫描量热仪

差示扫描量热法（DSC）作为一种研究材料在可控程序温度下的热效应的经典热分析方法，在当今各类材料与化学领域的研究开发、工艺优化、质检质控与失效分析等各种场合早已得到了广泛的应用。

利用 DSC 方法，我们能够研究无机材料的相转变，高分子材料熔融与结晶过程，药物的多晶型现象，油脂等食品的固/液相比例，等等等等。

德国耐驰仪器公司近年推出的差示扫描量热仪 DSC 204 F1，在仪器的结构设计与灵活性方面又有新的突破。其测量单元为圆柱状3D加热银炉体，内嵌加热丝，外接冷却设备。银质炉体的高导热性能确保炉体内部的温度均匀度。集成化的电子流量控制系统，确保了在不同吹扫与保护气氛下的精确流量控制。其气密性的结构设计则使得炉体出口端可连接到红外或质谱用于产物气体的成分分析。 根据应用领域与实际需要，DSC 204 F1 的用户能够自由选择两种不同类型的传感器。其中τ型传感器时间常数仅为 0.6 秒，保证了对于重叠热效应的良好的分离能力。μ型传感器则在保证峰分离能力的前提下，拥有比普通传感器高出十几倍的灵敏度，特别适合于药物、食品、生物材料、液晶等领域小样品量的研究。

DSC 204 F1 提供液氮、机械制冷、空气压缩与冷却杯四种不同的冷却方式。使用新型的机械冷却系统，能够覆盖从 -85°C 至 600°C 的测量温度范围。当然，如果选用液氮冷却系统（LN2），则能够使测量拥有更宽广的温度范围，从 -180°C 直至 700°C。

其他特别的功能与选件包括 64 样品位的自动进样系统 ASC，新型紫外光附件，智能化 BeFlat 修正功能，高级DSC校正，温度调制 DSC（TM-DSC）等，所有这一切使得 DSC 204 F1 Phoenix^® 成为今日市场上最为灵活而强大的 DSC 系统之一

DSC 204 F1 Phoenix^® - 技术参数

• 温度范围：-180 ... 700°C

• 升温速率：0 ... 200K/min

• 降温速率：0 ... 200K/min

• 标配τ型传感器，时间常数短，峰分离能力佳。

• 可选配超高灵敏度的 μ型传感器。

• 可使用 BeFlat 技术进行基线优化。

• 气密性设计，适合于与红外质谱联用。

• 两路吹扫气体与一路保护气体，使用集成的质量流量控制系统及相应软件功能进行精确的流量设定与控制。

• 压缩空气冷却：700°C ... 室温。

• 机械冷却：600°C ... -85°C。

• 液氮冷却：700 ... -180°C（提供液氮与气氮两种模式）。

• 自动进样系统 ASC（选件）：最大 64 个样品/参比位，可与分析软件中的自动宏分析功能搭配使用，实现自动测量及自动分析。

• 紫外光固化附件（选件）

DSC 204 F1 Phoenix^® - 软件功能

DSC 204 F1 Phoenix^® 的分析操作软件是基于 MS^® Windows^® 系统的 Proteus^® 软件包，它包含了所有必要的测量功能和数据分析功能。这一软件包具有极其友善的用户界面，包括易于理解的菜单操作和自动操作流程，并且适用于各种复杂的分析。Proteus 软件既可安装在仪器的控制电脑上联机工作，也可安装在其他电脑上脱机使用。

DSC 部分分析功能：

• 峰的标注：可确定起始点，峰值，拐点和终止点温度，可进行自动峰搜索。

• 峰面积/热焓计算：可选多种不同类型基线，可进行部分面积分析。

• 峰的综合分析：在一次标注中可同时得到温度、面积、峰高与峰宽等各种信息。

• 结晶度计算。

• 全面的玻璃化转变分析。

• 自动基线扣除。

• 比热测试与分析。

• BeFlat^®：使用多项式拟合，对不同升温速率下的基线进行拟合扣除。

• Tau-R 模式: 将仪器的时间常数与热阻因素纳入计算并加以扣除，能得到更尖锐的 DSC 峰。

• TM-DSC（温度调制 DSC，可选）：可以从总热流曲线中分离可逆热流（热力学）和不可逆热流（动力学）效应。

• 另有符合 GLP、GMP、21CFR 等标准的特别软件功能。

详见：Proteus^®

相关的高级软件：

• 峰分离软件

• 动力学软件

DSC 204 F1 Phoenix^® - 应用实例

冷却速率对 PET 结晶行为的影响

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种结晶速率相对较慢的半结晶性热塑性高分子。在 DSC 中可以测出其非晶态部分（Tg 75°C～85°C）和晶态部分（重结晶 146°C，熔融 242°C）的不同比例。图中显示的是熔融后的 PET 以不同降温速率冷却后二次升温的 DSC 谱图，可见冷却速率对 PET 结晶行为的影响。DSC 204 F1 可以自动计算出样品的结晶度。这里使用的是配有机械制冷的 DSC 204 F1 Phoenix^®。

聚苯乙烯（PS）的比热测试

对各式各样的材料进行比热测试是 DSC 应用的重要领域之一。图中所示为对某种 NIST 标准物质（NIST SRM 705a，窄分子量分布的聚苯乙烯）的比热测试结果，升温速率 10K/min，使用不同的分析方法进行了计算，结果表明平均误差 < 2%。

环氧树脂粘合剂的紫外固化

本例研究的是光照激活的环氧树脂粘合剂的UV固化，其机理为阳离子聚合反应，反应速率及反应程度与温度有较大的相关性。在60s的恒定照射时间下，较高的反应温度（70°C，红色的DSC与温度曲线）会导致树脂体系的较高的反应活性（固化更快），以及较高的反应热（390 J/g）。在处理双固化树脂体系时，不管是热固化或是光固化，熟悉这一特性非常重要。

铝合金的熔融

对于现代金属合金分析而言，能够很好的分开各个独立组成的熔融峰是十分重要的，配有τ型传感器的 DSC 204 F1 Phoenix^® 便可以实现这一点。图例是铝合金DSC曲线，表明在 510°C～650°C 熔融范围内各熔融峰之间清晰地被分离。

山梨醇的玻璃化转变

在大量的食品药品中山梨醇被用于食糖的代替品。在无水山梨醇中加入 5.5％ 的水后，玻璃化转变温度从 -1.7°C 降到了 -25.6°C，迅速冷却后再次升温仍能保持无定形态。

EVA 薄膜样品

在本例中，采用 DSC 204 F1 Phoenix® 对 EVA 薄膜样品进行测试，样品质量为 7 mg 左右，升温速率 10 K/min。该测试在德国联邦材料研究与试验协会（BAM）进行。

一次升温时（蓝色曲线），玻璃化转变温度为 -28℃（拐点） ，紧接着是两个相连的吸热峰，吸热峰值在 50-100℃ 之间。这种熔融现象与样品厚度呈层状分布相关。158℃ 时的放热峰为样品的放热交联反应。值得注意的是，样品的反应焓（-14.15 J/g）远低于环氧树脂（通常介于 -400 J/g 至 -500 J/g 之间）。

二次升温时（红色曲线），玻璃化转变温度与一次升温几乎相同。介于 40℃ 至 80℃ 之间的双吸热峰转变为宽肩峰，峰值温度为 63℃。晶层越厚，熔融温度越高。因此，单吸热峰到宽肩峰的转变表明，由于第一次热处理，样品晶层厚度变薄。二次加热过程中，没有出现放热反应峰，说明放热交联反应在一次升温时已经完成。

*感谢柏林联邦材料研究与试验研究所（BAM）的 W.Stark 和 M.Jaunich 博士进行的测试和讨论。结果发表在 Polymer Testing 30 (2011) 236-242 中。

商用EVA薄膜的一次与二次升温过程

DSC 204 F1 Phoenix^® - 相关附件

专为新型 Concavus 坩埚设计的 3in1 样品盒能为坩埚的运输与储存提供全面的保护，且防止由静电导致的坩埚之间的粘连。每个盒子都配有样品标签卡，方便样品及测量结果的存档，这尤其适用于需要长期保存样品，定期复测的应用场合。

DSC 204 F1 Phoenix® 配备全新设计的自动进样系统（ASC），可用于批量常规测试。仪器可以不分昼夜的工作，不仅充分利用仪器而且节省大量时间（例如在周末无人状态下进行校正测试）。 该 ASC 可以处理均匀分布在两个可替换式样品盒上的 192 个坩埚。可使用多种类型的坩埚，直径最大 8mm，高度最大 8mm。ASC 的四针抓手可对不同的坩埚进行处理。为校正与修正测试考虑，ASC 提供了额外的 12 个坩埚位的固定进样条。行进中的坩埚可被识别。ASC 上的所有坩埚与坩埚盖的信息均储存于数据库中。样品盒上方有自动控制的透明盒盖。合上盖子后，样品盒上方的空间由集成在盖子中的分路气体进行吹扫。该吹扫气为针对 ASC 的专门的分路，专用于打开和合上盖子，其流量已经过调节优化。内置的“移除坩埚盖”功能可以在样品等待插入 DSC 单元时执行。另可配备可选的扎孔装置，在测量之前对坩埚盖进行扎孔。DSC 系统具有回收槽，用于丢弃坩埚盖和不可重复使用的坩埚。也可使用样品盒进行样品存档。为了更好地识别不同的样品，每一个样品盒均有唯一的序列号，其上的每一个样品位则均有二维的编号（例如 A5，B2...）。坩埚/坩埚盖数据库具备托盘识别功能。该 ASC 系统也可用于新款 TG 209 F1 Libra® 热重分析仪。 进样器上的每一个样品都可单独设置不同的实验条件和分析标注方法，NETZSCH Proteus® 软件易于理解的设置向导将可以引导操作者轻松的完成一系列测量程序的编制。而且，事先没有安排的测试也可以中途插入到已经设好的程序中，非常灵活。 对于不稳定的或含有挥发组分的样品，ASC 还提供了一个自动扎孔装置，可以设定在测量开始前对密封的坩埚进行扎孔。

光量热系统 Photo-DSC 204 F1 Phoenix^®

常规的差示扫描量热仪（DSC）系统可用于精确测量材料的热效应。其中大部分热效应来自于热激发的反应。然而某些加成反应、自由基聚合反应等也可以通过足够强度的光辐射激发。一个很常见的例子就是光固化材料。这样的材料在较低的恒温温度下，经过紫外光照射后在几秒钟内即可固化。另外，对于双组分粘结剂或涂料来说，固化反应往往随着温度和光照条件而变化。在类似研究领域，光量热系统可以大展身手。

硬件 温度范围：-100°C ... 200°C 灯管类型：汞灯（Delolux 04 或 OmniCure® S 2000） 最大功率：10000 mW/cm2 波长范围：280 ... 500 nm 曝光时间：0.1 ... 1000 s 光栏直径：8、4、2 mm 滤光片：根据应用可选配不同类型的滤光片

通过光量热系统，您可以实现：

• 将传统的DSC技术拓展到光量热领域，可以测量光辐射样品引起的热效应。

• 分析各种材料经光辐射引起的反应。

• 测量光敏聚合物树脂、涂料、涂层、粘结剂等的固化过程（交联度）。

• 研究药品、化妆品和食品中的抗紫外添加剂。

• 探讨温度、气氛、紫外光强度、波长、曝光时间等因素对反应的影响。

• 测量牙科复合材料的反应活性及固化时间。

详见：Phot-DSC 204 F1 Phoenix^®