[發明專利]單組元差分掃描量熱方法

有效

• 申請號: 201210255392.7
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN102749352A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 董洪標
• 申請（專利權）人: 董洪標;朱家平
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域：本發明屬于熱分析技術領域，涉及一種測定試樣熱物理性質隨著溫度變化的熱分析方法，特別涉及一種采用單組元差分掃描量熱儀進行差分掃描量熱的方法。

背景技術：差分掃描量熱技術（Differential?Scanning?Calorimetry,DSC)是指：在可控的升降溫環境下,測量輸入（輸出）到被測物質與參比物的能量與溫度的關系，依此來確定被檢測物質的熱物理及化學性質。

利用此技術可定量測量物質的熱物理，化學性質，如：熱容，相變溫度，結晶潛熱等。

從本世紀60年代開始，由美國Perkin-Elmer首先推出該公司的DSC－1以來，許多儀器公司（如杜邦）等先后向市場推出了多種型號的DSC。盡管各公司推出的DSC各種各樣，但就其基本原理來講，可分為兩大型號：熱流式和能量補償式。

熱流式差分掃描量熱儀器是在樣品單元及參照單元下面設一熱流板，當加熱器在程序控制下加熱時，熱量通過熱流板傳遞到樣品及參照物。通過測量流入被測物體與參照物的熱流及樣品溫度，再經過適當的轉換。樣品的熱物理化學性質就可以被表達出來。該方法的主要優點是對樣品的形狀沒有要求。

能量補償式差分掃描量熱儀比熱流式DSC多了兩個小加熱器分別緊貼于試樣參比物熱電阻下面，通過調節這兩個小加熱器的功率以補償樣品與參照物由于不同物性所引起的溫差。

現行商用儀器存在問題和不足之處：

熱流式差分掃描量熱儀和能量補償式差分掃描量熱儀的雙盤設計（樣品單元和參照單元）存在以下不足之處:

(1).由于樣品單元和參照單元的熱交互作用，導致測量的熱流并不能真正反映樣品的物性變化，而是被一種被模糊了(smeared)的信息。

（2）儀器的測量溫度不能真正反應被測物體的真實溫度。

發明內容：本發明的目的是針對現有熱流式差分掃描量熱儀和能量補償式差分掃描量熱儀不足之處，而提出的一種單組元差分掃描量熱方法。本發明方法采用去除了傳統差分掃描量熱儀中的參照單元的單組元差分掃描量熱儀。

本發明要解決的技術問題是:采用單組元設計，去除了傳統差分掃描量熱儀中的參照單元。

本發明的主要技術方案：單組元差分掃描量熱方法，其特征是采用單組元差分掃描量熱儀進行差分掃描量熱；所述儀器采用單組元設計，去除了傳統差分掃描量熱儀中的參照單元；儀器的樣品單元包括內、外兩個坩堝；通過測量和控制兩個坩堝的溫度，來計算流入或流出樣品的熱流；測量分為三步驟：（1）空坩堝、（2）標樣和（3）試樣，通過空坩堝和標樣的測量，來表征內外坩堝的熱流與樣品熱容的關系，然后利用此關系來計算樣品熱容和熱焓。

所述的單組元差分掃描量熱方法中：

空坩堝測量熱平衡方程：aΔT_DEdt＝C_EdT_E

標樣測量熱平衡方程：aΔT_DCdt＝(C_C+C_E)dT_C

試樣測量熱平衡方程：aΔT_DSdt＝(C_S+C_E)dT_S

式中，α：內外坩堝間溫差與熱流交換系數；ΔT_DE:空坩堝測量時，內外坩堝間溫差；dt：測量時間步長；C_E：空坩堝熱容；dT_E：空坩堝測量時內坩堝溫度變化；ΔT_DC：標樣測量時，內外坩堝間溫差；C_C+C_E：標樣加空坩堝的熱容；dT_C：標樣測量時標樣溫度變化；ΔT_DS:試樣測量時，內外坩堝間溫差；C_S+C_E：試樣加空坩堝的熱容；dT_S：試樣測量時試樣溫度變化。

通過空坩堝和標樣的測量，內外坩堝間溫差與熱流交換系數α和空坩堝熱容C_E被定量化，然后通過已知的標樣熱融熱容C_C和測量得到的內外坩堝間溫差ΔT_E，ΔT_DC，ΔT_DS和內坩堝，標樣，試樣溫度變化dT_E，dT_C，dT_S,來計算樣品熱焓變化dH_S: