差示扫描量热仪(DSC)通过程序控温,测量样品与参比物之间的热流差随温度或时间的变化,用于研究材料的热转变与热效应。其使用需在样品制备、仪器校准、程序设置、气氛控制与数据解析各环节严格把控,才能获得准确可靠的结果。
样品制备是测量成败的首要环节。样品量通常控制在 3~10 mg,量过少信噪比不足,过多则热传导不均、峰形展宽甚至溢出坩埚。样品应具代表性、均匀,避免气泡与杂质;固体需粉碎混匀,聚合物常剪成细小颗粒,液体用微量注射器精确加注。坩埚选用需匹配测试目的:铝坩埚适用于常规熔融、玻璃化转变测试,耐温约 600 ℃;铂铑坩埚用于高温及与金属反应的场景;耐高压坩埚用于挥发性样品。样品应平铺于坩埚底部以增大接触面积,坩埚加盖可减少挥发与飞溅,但需注意密封对压力的影响。
开机后应先通入干燥惰性气体(氮气 50~100 mL/min)置换炉腔气氛,防止氧化与污染。待炉腔温度稳定、基线平直后再进行测试。正式测试前必须做基线校准与灵敏度校准:基线校准在空坩埚(或参比坩埚)下运行相同程序,扣除仪器本底;灵敏度校准采用标准物质(如高纯铟,熔点 156.6 ℃,熔融焓 28.45 J/g)校验热流与温度的准确度,必要时用铟、锡、锌等多点校准。
温度程序是测试的核心,一般包含升温—恒温—降温—恒温的多段设置。升温速率常用 10 ℃/min,速率过高会加剧热滞后、使转变温度偏高、峰形变尖,过低则基线漂移、分辨率下降,需根据样品选择 2~20 ℃/min。测试区间应覆盖待考察的相变温度,例如聚合物需从室温升至熔点以上、再降温观察结晶,金属材料需覆盖固态相变与熔融区。程序可设置多段循环以研究等温结晶或多次热历史的影响。
测试中需关注气氛与压力。除惰性气氛外,通入氧气可进行氧化诱导期(OIT)测试;对挥发性、吸湿性或反应性样品,需控制气氛流量或采用密封坩埚。测试过程中应避免震动与气流扰动,防止热流信号出现毛刺。
数据处理应结合升温/降温速率识别特征温度:玻璃化转变表现为基线的台阶式偏移,取中点或拐点为 Tg;熔融峰峰顶对应熔点 Tm,峰面积对应熔融焓 ΔHm;结晶峰用于确定结晶温度 Tc 与结晶焓;氧化诱导期通过恒温下热流曲线突变点判定。分析时需扣除空白坩埚基线、做热滞后校正,并留意升温速率对温度的系统影响。
关机与维护方面,测试结束后待炉腔冷却至室温附近再取出坩埚,避免烫伤与污染。炉腔应保持清洁,及时清理溢出样品,定期检查炉体、传感器与气路密封。仪器长期停用时应断电、关气并做好防尘。安全上需注意高温灼伤、挥发性样品的毒性与压力容器风险,废样按实验室规范处理。
DSC 测量是一项"前细、中稳、后准"的系统操作:样品制备与校准决定数据可靠性,程序与气氛设置影响分辨率,严谨的基线处理与特征温度判读则直接关系到最终结论的准确性。