 |
北京萬斛科技有限公司 |
|
—— 銷售熱線 ——
15210512466 |
熱分析儀器性能簡介（DSC）
*章 PerkinElmer及其熱分析產品概況
PerkinElmer是大的分析儀器和生化儀器的；目前年營業額超過20億美元，雇員約9100名，在140多個國家設立分支機構和辦事處。
PerkinElmer 熱分析介紹：
PerkinElmer是早的熱分析儀器生產商，也是世界*的功率補償型DSC的。目前，PerkinElmer全套的熱分析儀器包括：DSC 8500，DSC 8000，DSC 6000，DSC 4000，Pyris 1 TGA， TGA 4000，STA 6000，STA8000，DMA 8000。
PerkinElmer（簡稱PE） 在中國的熱分析用戶2000多名，主要集中于政府性檢測、高校、研究院所和企業技術中心等。中國*和上海*（3套）都選用了PerkinElmer的熱分析儀器進行政府性檢測。在聚合物領域的PE儀器用戶廣泛，例如，固鉑輪胎、錦湖輪胎、雙錢輪胎、霍尼韋爾、埃克森美孚、上海普利特復合材料、聯亞藥業，FMC等單位都新近采購DSC或TGA。
PE公司熱分析系列不僅包括性能的功率補償型DSC和TGA、DMA，具備站式的熱分析聯用技術，例如TGA-FTIR，DSC-ROMAN，TGA-MS/GCMS，TGA-FTIR-GCMS。隨著研發人員越來越多的關注聯用技術來進行廣泛的材料性能剖析，站式的解決方案將成為您高 研發的可靠的聯用技術保障。
第二章 功率補償型DSC的 性能特點
目前，DSC的設計原理主要有兩種類型：功率補償型和熱流型設計。功率補償型DSC是PerkinElmer的*技術，由DSC 7、Pyris 1 DSC、Diamond DSC幾代升 而來，功率補償型DSC的型號為DSC 8000/8500。DSC 8000/8500特別適用于藥品、食品、高分子、化工產品等檢測和研發工作，其主要特點包括如下：
DSC 8000屬于功率補償型的雙爐體設計，與熱流型DSC的根本優勢在于功率補償型直接測量能量，而非溫度差，從而在全量程范圍內溫度真正實現線性。
具體性能指標的對比（請參考各個公司的DSC樣本手冊），下面列出了DSC 8000簡要性能表。
DSC 8000的技術參數
性能說明
特性 | 注明 |
測試原理：功率補償型 | DSC 8000屬于功率補償型, 與熱流型DSC的根本優勢在于功率補償型直接測量能量，而非溫度差，從而在全量程范圍內溫度真正實現線性。主要優點如： 可實現嚴格的等溫結晶，等溫固化及氧化誘導期的操作，世界上所有其它公司的DSC產品皆無法實現等溫操作（ΔT¹0）； 輕的爐體可實現快的升降溫，且無過沖及溫度滯后現象，可方便地研究材料的結晶動力學、玻璃化轉變； 因功率補償型DSC*的設計原理，它直接測量熱量而無需多點溫度的標樣校正和復雜的熱學公式計算，故可得到*的量熱精度（0.03%），儀器靈敏度0.18 mW，這是所有的熱流型DSC在設計原理和實際指標上無法達到的。 |
靈敏度：0.18 mw | 能檢測到微小或快速相轉變點。 |
量熱計精度優于0.03% | < ±0.03%（目前世界上DSC*指標） 量熱計精度是DSC重要的性能指標之，即多次測量同樣品的重現誤差范圍。功率補償型DSC由于的設計原理，其量熱計精度是所有的熱流型DSC無法相比的。目前熱流型DSC的量熱精度普遍比功率補償型DSC要差個數量 。 |
量熱度 | < ±0.2%（目前世界上DSC*指標） 代表DSC儀器測量熱量結果的情況，即測量的熱量值和理論熱量值的偏差程度。 |
溫度度 | < ±0.05 oC 溫度度是指通過DSC校正后，測量標準樣品（已知轉變溫度）時DSC儀器能夠達到的程度，即偏差有多大。 |
溫度精度 | < ±0.008 oC 溫度精度是指溫度度，即多次測量同樣品的重現誤差范圍。 |
溫度范圍 | - 180 oC ~ + 750 oC（低溫根據選配的低溫裝置確定） |
線性控制升溫速度 | 0.01~300 °C/min 爐體小巧，快的線性升降溫速率賦予儀器許多特殊性能，如： 1. 可方便地研究材料結晶動力學、玻璃化轉變； 2. 模擬實際生產工藝中冷熱處理過程，使得試驗與工藝流程趨*； 3. 快速升降溫性能大大提高分析速度和試驗效率； 4. 爐體小巧，快的升降溫速率確保儀器在操作過程中無溫度滯后現象，始終與程序溫度同步； 5. 小巧的爐體具有小的溫度梯度。
而熱流型DSC的爐體體積大，升降溫速率慢，操作中存在以下問題： 1. 降溫速率稍高時為非線性降溫，且降溫曲線出現拐點，拐點處DSC曲線相應出現熱流跳躍，會掩蓋可能出現的真實熱效應峰； 2. 不可能真正方便地研究結晶動力學； 3. 試驗結束由高溫降至室溫需較長時間，降低分析效率，而且溫度滯后嚴重，難以與程序溫度同步。 |
爐體：鉑銥合金爐體 | *的鉑銥合金爐體，耐腐蝕,抗氧化，易清洗，尤其適合于含氟材料等腐蝕性強的材料測試。鉑銥合金爐體是目前DSC爐體材料中使用壽命長的，很多客戶如南京師范大學測試中心，武漢大學等等，鉑銥合金爐體使用了20年后，其備用爐從未必要換。 |
溫度傳感器 | 鉑電阻，面測溫，而非熱流型DSC的熱電偶（單點測溫）。 |
冷卻時間 | 室溫條件：4min內由+750 oC 降至100 oC。 使用液氮：2min內由+200oC降至-100 oC。 |
控溫能力 | 100 °C/min升溫，沖溫小于0.1oC。 只有功率補償型DSC才能得到如此佳的溫控能力。 |
冷卻系統 | 用戶可以根據需要選配冰水浴，循環液體，機械制冷（2P，3P）或者自動液氮制冷設備。 其中，CryoFill自動加液氮并有液氮液位傳感器，這是PerkinElmer *的技術。控制加入量，在-150 oC~50 oC循環使用，液氮消耗量小于2L/hr。 |
除霜功能 | 世界上*的蓋板自動加熱設計,消除低溫操作下的結霜現象，從而實現低溫下的連續操作，并確保低溫操作時DSC基線的穩定性 |
測試氣體自動控制 | 內置的氣體質量流量控制器，可控制測試氣氛和進行氣氛切換的DSC測試。在全量程內可使用氮、氫、二氧化碳、空氣、氧氣或者其它惰性或者活性氣體。 |
StepScan DSC（分步掃描調制溫度技術） | PerkinElmer公司有自己的SSDSC（StepScan）技術，具有的溫度調制功能，可以同時得到和分離可逆（熱力學）和不可逆（動力學）的DSC 曲線，并在不降低靈敏度的情況下，提高分辨率。 |
儀器控制及配套數據處理軟件 | Microsoft Windows用戶控制系統，的分析數據處理軟件。DSC8000除了Pyris熱分析軟件的常用DSC控制分析功能之外，還標配了原裝的高 調制軟件，動力學軟件（等溫動力學和掃描動力學），純度軟件和高 比熱軟件。 |
Cp直接測量技術 | 含有 |
各種聯用測試技術 | 根據用戶需要可選配（詳見下文） |
DSC附文1：
功率補償型DSC 8000的升降溫速度及應用
、DSC8000的功率補償型設計原理簡介
目前世界所有的DSC產品有兩種設計原理：熱流型和功率補償型。熱流型DSC通過測量樣品與參比之間的溫度差，來計算能量，樣品與參比在個爐體之中，目前爐體小約30克左右；功率補償型是測量補償給樣品的能量變化，直接測量能量，爐體較小，約1克左右。由于功率補償型的設計原理，從而達到目前DSC產品中*異的性能，例如，快速升降溫速度為300度/分鐘，即使在100度/分鐘條件下快速升溫，沖溫小于0.1度。
二、突出升溫速度和控溫能力的實例說明
2.1 顯著提高儀器的靈敏度
圖1 測PP的玻璃化轉變溫度
上圖是聚丙烯（PP）的玻璃化轉變溫度測定，可以看出玻璃化轉變的測試靈敏度隨著升溫速度的提高有了顯著變化。從原理上說，DSC測試的縱坐標是熱流mW，其物理量是J/s。對于同個樣品轉變而言，其焦耳熱J是固定的，從而提高升溫速度相當于縮短了時間s，從而大大提高了mW，即提高了儀器的靈敏度。
當然，材料本身熱阻的影響，如果用相同的校正程序， DSC高速測試的結果溫度肯定有所偏高；但只要先在高速條件做溫度校正后，再進行高速測試的結果是的。
通過提高升溫速度來測試難測的樣品，這就要求DSC儀器本身有良好的控溫能力和快速升降溫能力。這也是功率補償型DSC對于研究開發工作具備的強大拓展性能之。
2.2 高速DSC功能——測試樣品的原始結晶狀態
圖2 淬火PET 的DSC測試圖譜（250 C/min）
在DSC的升溫測試時，通常所用的掃描溫度是10度/分鐘，或者20度/分鐘。在此升溫測試中，很多高分子材料可能隨著溫度的升高而發生序列沖排，即通常所說的冷結晶。為了測試分析得到樣品原始狀態的結晶情況，我們通常是通過熔融熱焓值減去結晶熱焓值作為原始結晶的熱焓值。但其實，在同種高分子材料中也可能存在幾種晶型，而不同種晶型的熔融熱焓不定相同，所以我們簡單的相減往往帶來了分析的誤導。
如果采用高速掃描DSC測試（例如200度/分鐘或高），尤其快速的升溫，發生序列重排的冷結晶來不及形成，從而可以得到原始狀態的樣品結晶情況。如下圖2所示，經過淬火的PET樣品基本屬于無定形，如果采用我們通常的10 C/min測試，肯定會發生冷結晶；而采用250 C/min測試的圖2曲線，可以的測得樣品原始的狀態。
2.3 對于材料的結晶性能的測試優勢
2.3.1 模擬大范圍升降溫速率的工藝條件
DSC8000具有快的升降溫能力，可以在大范圍的模擬生產條件，或者通過調整升降溫速度來優化樣品結晶性能。
材料的熱歷史在很大程度上決定了產品的性能，采用不同的降溫速率（例如，10C/min，50C/min，150C/min等）來處理樣品，然后測試樣品的結晶性能變化，為終的應用提供有力的分析結果。
2.3.2 快速升降溫速率和的溫控是等溫結晶試驗的 要條件
圖3 PET的等溫結晶試驗
我們經常做樣品的等溫結晶來分析材料的活化能、反應 數等，也經常做等溫固化來分析固化度隨時間的變化情況。這些DSC測試都有個前提條件：快速的到達我們設定的等溫溫度，然后快速的平衡在此溫度。如果沒有快速的升降溫能力和的溫控能力，等溫試驗結果將誤差很大。例如，溫度過沖太大，則會明顯改變樣品的結晶和固化速度。圖3是采用功率補償型 DSC做的PET等溫結晶試驗曲線。
從而， DSC 8000由于其功率補償型的設計原理，快的升降溫能力，的溫控能力（在100度/分鐘條件下快速升溫，沖溫小于0.1度）。這些的性能是等溫試驗的*。
DSC附文2：
DSC爐體材料及其耐腐蝕性能
功率補償型DSC 8000的爐體采用輕質爐體設計，賦予儀器快的線性升降溫速率，進而賦予儀器許多特殊性能，如：可方便地研究材料結晶動力學、玻璃化轉變；模擬實際生產工藝中冷熱處理過程，使得試驗與工藝流程趨*；快速升降溫性能大大提高分析速度和試驗效率；爐體小巧，快的升降溫速率確保儀器在操作過程中無溫度滯后現象，始終與程序溫度同步。
而熱流型DSC的爐體體積大，升降溫速率慢，操作中存在以下問題：降溫速率稍高時為非線性降溫，且降溫曲線出現拐點，拐點處DSC曲線相應出現熱流跳躍，會掩蓋可能出現的真實熱效應峰；不可能真正方便的研究結晶動力學；試驗結束由高溫降至室溫需較長時間，降低分析效率，而且溫度滯后嚴重，難以與程序溫度同步。
DSC（差示掃描量熱儀）是在溫度/時間程序下檢測材料的熱量變化的精密儀器，常用于研究材料的熔融、玻璃化轉變、比熱、固化、結晶以及動力學等熱性能，應用于高分子、藥品、無機、有機、金屬、納米材料、復合材料等研發領域。
對于科研工作，DSC常用于檢測微弱的熱量變化（如微弱相變或結晶，微弱的Tg等等），例如，熱焓為0.01 J/g的相變峰。這么微弱的變化，對于DSC儀器本身就有兩個方面的基本要求：是要求DSC儀器有的靈敏度，就是DSC儀器本身可達到的性能指標；二是要求儀器不能存在污染物等雜質信息，這就要求DSC具有的耐腐蝕性設計、并且保持良好的儀器使用習慣。
簡而言之，腐蝕性污染對DSC帶來的不良后果如下：
污染物的存在，必定在以后的DSC檢測中附帶有未知污染物，即帶來了雜質污染物的熱訊息，從而給科研工作帶來誤導誤判。微量的污染物，會使儀器靈敏度下降，雜質相當于增加了基線噪音；污染嚴重時，無法正常使用該儀器，污染物的訊息雜亂無序，掩蓋了樣品的正常DSC信號。
尤其重要的是，腐蝕性污染物往往具有強性、腐蝕性或者酸堿性，這就很可能損壞DSC爐體。例如，武漢某大學測試中心，測試很多的腐蝕性樣品，年內損害了3個爐體。這就大大增加了使用成本，由于怕污染而很多樣品都不敢檢測，給科研檢測工作帶來很大的不便。
但是，在目前的科研工作中，腐蝕性樣品很多，而且很多樣品在檢測前我們并不知曉其分解污染情況。那么，如何合理使用DSC、避免污染的產生和影響，從而達到良好的使用狀態呢？
先，注意儀器日常維護，適當減少樣品用量。除了注意DSC儀器的日常清理維護外，對于可能帶來腐蝕污染物的樣品，在制備樣品時，只要能夠檢測到有效信號的前提下，通常樣品量越少越好；這樣，即使有污染物產生，也產生少量。
其次，對于測試采用坩堝的選擇：若樣品的確有污染分解物產生的可能，我們盡量選用密封性較好的坩堝，例如，進口標準坩堝可以耐2~3個大氣壓。但進口標準坩堝這種密封效果也畢竟般，PE公司產品可以選用高壓密封坩堝，是不銹鋼鍍金的材質、可耐40個大氣壓、可重復使用，但其缺點是不銹鋼鍍金的導熱性能不及標準坩堝、定程度上降低了DSC儀器的靈敏度。
后，也是重要的點：DSC的爐體材料。如果已知將來檢測的樣品具有定腐蝕污染性，尤其是測試中心，那么在DSC選型時定要考慮DSC的爐體材料。目前，DSC的爐體材料主要是康銅爐體、銀質爐體、鉑銥合金，簡要的耐腐蝕性比較如下：
DSC附文3：
PE公司DSC部分用戶名單
客戶單位 | 客戶單位 |
中南大學機電工程學院 | 長沙理工大學 |
武漢大學 | 華中科技大學 |
武漢理工大學 | 武漢工程大學 |
湖北工業大學 | 湖北大學 |
中科院武漢物數所 | 湖北十堰東風汽車公司 |
湖北師范學院 | 湖北襄樊航天部637所 |
湖北新華光信息材料股份有限公司 | 湖北中南民族大學 |
南昌大學 | 江西中醫學院 |
江西師范大學 | 江西科技師范學院 |
洪都航空工業集團有限責任公司 | 珠海思美亞碳粉有限公司 |
清華大學 | 珠?；浛凭┤A電子陶瓷有限公司 |
北京大學 | 東莞普力特馬塑料材料有限公司 |
北京市藥品檢驗所 | 富士康科技集團 |
總后北京物資供應站 | 廣東東莞新科磁電廠 |
北京航空航天大學 | 廣東華南熱帶作物產品加工設計研究所 |
北京航空技術研究院 | 廣東聯塑科技實業有限公司 |
北京化工大學 | 廣東煒林納功能材料有限公司 |
北京科技大學 | 廣東肇慶風華電子工程開發公司 |
北京*油料研究所 | 廣東肇慶星湖生化制藥廠 |
北京藍星化工科技總院 | 彩虹集團公司珠海彩珠實業有限公司 |
北京理工大學 | 廣州金發科技股份有限公司 |
北京林業大學 | 廣州市產品質量監督檢驗所 |
北京輕工業研究所 | 廣州亞美聚酯有限公司 |
北京上地新世紀生物藥業研究有限公司 | 廣州藝美包裝工業有限公司 |
北京石油勘探開發科學研究院 | 大三得電子科技（深圳）有限公司 |
北京市塑料制品質量監督檢驗站 | 長春工業大學 |
北京衛星制造廠 | 長興電子材料(昆山)有限公司 |
北京燕山石化公司化工二廠 | 長興化學工業（中國）有限公司 |
國家納米科學中心 | 常熟嘉培氟化學公司 |
LG化學 | 大金氟化工（中國）有限公司 |
紡織部紡化研究所 | 巢湖學院 |
航天科技集團航天材料及工藝研究站/北京航天科技集團703所 | 成都電子科技大學 |
鋼鐵研究總院（中國鋼研科技集團公司） | 成都飛機工業集團公司 |
*部2所 | 成都中藍晨光化工研究院 |
富士康精密組件（北京）有限公司 | 大慶漢維長恒高壓玻璃鋼管道有限公司 |
*部物證鑒定中心 | 大慶石油管理局研究院 |
大慶石油新科慶聯防腐有限公司 | 大慶石油化工設計院 |
大慶石油學院 | 大慶石油設計院 |
大慶乙烯工程公司 | 中國石油大學 |
大慶油田有限公司第六采油廠 | 東北林業大學 |
東北電力學院 | 哈爾濱玻璃鋼研究院 |
復旦大學 | 哈爾濱電機廠 |
同濟大學 | 哈爾濱飛機工業集團 |
藥明康德新藥開發有限公司 | 哈爾濱工程大學 |
*上海微系統與信息技術研究所 | 哈爾濱工業大學 |
*上海有機化學研究所 | 哈爾濱樺林橡膠廠 |
嘉興桑迪亞聯友制藥有限公司 | 哈爾濱理工大學 |
富美實（上海)化學技術咨詢有限公司 | 哈爾濱史密斯玻璃鋼制品有限公司 |
東華大學（中國紡織大學） | 帝斯曼工程塑料（江蘇)有限公司 |
泛亞汽車技術中心有限公司 | 杜邦－旭化成聚甲醛（張家港）有限公司 |
愛博斯迪科化學（上海）有限公司 | 福建廈門TDK有限公司 |
達豐（上海）電腦有限公司 | 福州大學 |
寶理工程塑料貿易（上海）有限公司 | 甘肅天水師范學院 |
LG化學 | *部四川消防研究所 |
大連市藥品檢驗所 | *部天津消防科學研究所 |
遼寧省藥品檢驗所 | 廣西大學 |
大連化工（江蘇）有限公司 | 廣西桂林電器科學研究所 |
大連化物所 | 廣西師范大學 |
大連普蘭店*互感器廠 | 廣西玉林柴油機廠 |
大連普蘭店*互感器廠 | 貴州教育學院 |
東北電力試驗研究院 | 貴州遵義市鐵合金廠礦冶所 |
東北電子技術研究所 | 哈工大食品學院 |
河南中原制藥廠 | 海南盛之業有限公司 |
河南安彩華林化學建材有限公司 | 邯鄲凈化設備研究所 |
河南公路局 | 漢高樂泰（中國）有限公司 |
河南科技大學 | 杭州福斯特熱熔膠膜有限公司 |
河南洛陽航天工業總公司014所 | 航空部7416廠/西安航天化學動力廠 |
河南洛陽煉油廠研究所 | 航空航天部637所 |
河南省建華玻璃廠 | 航天總公司四院 44所 |
河南省*基本建設質量檢測監督站 | 合肥杰事杰新材料有限公司 |
河南省蓮花味精集團 | 河北醫科大學 |
河南省振華玻璃廠 | 錦陽703場工藝所 |
河南中原大化集團中心 | 錦州市*53研究所 |
克拉瑪依金龍鎮潤滑油廠研究所 | 駿碼凱撒有限公司 |
昆明理工大學 | *廣州化學研究所 |
…… (PE公司功率補償性DSC超過1000家用戶) | |
第三章 PerkinElmer公司熱分析產品聯用系統
PerkinElmer是大的分析儀器生產商，對于熱分析儀器與其它產品聯用進行深層的研發應用，具有先天的性——即：站式的連用解決方案，所有接口系統的專門研發定制確保了*的聯用效果，另外也從根源上解決了儀器聯用效果不佳的責任歸屬問題。
目前，技術成熟的熱分析聯用技術包括：
化工儀器網