差示掃描量熱法測(cè)比熱容

1、什么是比熱容?

　　在恒定的氣壓下，單位質(zhì)量的樣品溫度升高1K所吸收的熱量。

　　2、該方法依據(jù)什么原理?

　　將試樣與一已知比熱容的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(藍(lán)寶石，主要成分為Al2O3)在其他條件相同下進(jìn)行溫度(線性增大)掃描，然后量出二者的縱坐標(biāo)(DSC信號(hào))，根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算。

　　由表可知在某溫度區(qū)間內(nèi)藍(lán)寶石的比熱容值很穩(wěn)定。公式如下：

　　由此可得：

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• Figure 1 典型DSC圖

  
  

　　先后進(jìn)行三次測(cè)試：空白測(cè)試、藍(lán)寶石測(cè)試與試樣測(cè)試。每一條有樣品的DSC線都要減去空白測(cè)試曲線，再用試樣測(cè)試曲線DSC信號(hào)與已知的藍(lán)寶石DSC信號(hào)進(jìn)行比較。

　　1為空白坩堝實(shí)驗(yàn)，2為藍(lán)寶石校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，3為試樣實(shí)驗(yàn)。

表1   藍(lán)寶石不同溫度下的比熱容

　　由表可知在某溫度區(qū)間內(nèi)藍(lán)寶石的比熱容值很穩(wěn)定。

　　如圖，縱坐標(biāo)的值即為上式中的DSC/(mW/mg)，橫坐標(biāo)為溫度/℃(絕對(duì)零度0K= -273.15℃，升高1K即升高1℃，所以273.15K=0℃)

　　3、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　ISO 11357-4:2014，GB/T 19466.4-2016以及ASTM E1269-11。

　　4、實(shí)驗(yàn)儀器

　　差示掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimeter，簡(jiǎn)稱DSC)，型號(hào)DSC 214，配套人工藍(lán)寶石圓片(α-Al2O3)，鋁制坩堝以及液氮制冷系統(tǒng)等。

　　5、適用范圍

　　在實(shí)驗(yàn)過程中的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生相變與化學(xué)反應(yīng)的固體或者液體。

　　6、藍(lán)寶石法測(cè)試要求

　　坩堝選擇：三套有蓋坩堝，坩堝材質(zhì)為純Al。不同樣品坩堝質(zhì)量應(yīng)盡可能相同，總質(zhì)量偏差不超過0.1mg。

　　樣品要求：在測(cè)試過程中無相變與化學(xué)反應(yīng)。

　　實(shí)驗(yàn)要求：對(duì)儀器所給的恒溫下熱流對(duì)時(shí)間(或溫度)的基線斜率進(jìn)行調(diào)整 , 使等溫基線Ⅰ和Ⅱ處于同一條水平線上[2];

　　由于實(shí)驗(yàn)中存在各種影響因素導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不夠精確，根據(jù)上述測(cè)試要求中所列的內(nèi)容提出以下可能存在的影響因素：

　　1、熱傳導(dǎo)差的試樣誤差較大。因此盡量減小該種類的試樣體積或者質(zhì)量，還可通過適當(dāng)降低升溫速率，使試樣充分受熱;

　　2、每段測(cè)試段長(zhǎng)度不宜超過200℃，越小越好，過長(zhǎng)可分段，中間保持?jǐn)?shù)分鐘等溫狀態(tài);

　　3、坩堝質(zhì)量不同。坩堝質(zhì)量不同會(huì)導(dǎo)致其工作基線校準(zhǔn)有誤，或者使標(biāo)準(zhǔn)樣品與試樣的DSC線存在誤差，因此盡量使實(shí)驗(yàn)中的坩堝質(zhì)量都相同;

　　4、試樣與藍(lán)寶石質(zhì)量不宜相差過大，否則有可能使結(jié)果產(chǎn)生較大誤差;

　　5、確保試樣與藍(lán)寶石在坩堝中以及坩堝在爐池中的位置都在正中央，否則藍(lán)寶石偏離坩堝中心將可能導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏大[3]。

　　7、參考文獻(xiàn)

　　[1] GB/T 19466.4-2016 塑料 差式掃描熱法(DSC) 第4部分：比熱容的測(cè)定[S]

　　[2] 李文波等，差示掃描量熱儀測(cè)定比熱容方法的改進(jìn)，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)[J]，2005，26：2310-2313

　　[3] 張玉華等，DSC法測(cè)定潤(rùn)滑油產(chǎn)品比熱容影響因素的研究，石油商計(jì)，2013,31(4)：72-75