DSC-专项文献阅读

在做差示扫描量热仪（DSC）测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对DSC测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

多领域现身的DSC功能强大到让你惊讶！

DSC（differential scanning calorimetry）即差示扫描量热法，一种热分析法。在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关系。

差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，可以测量多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。该法使用温度范围宽（-175~725℃）、分辨率高、试样用量少。适用于无机物、有机化合物及药物分析。

下面小编将通过几个案例来和大家一起了解一下DSC检测在科学研究中的应用。

 案例1：

玻璃化转变温度的测颜色

（1）题目及作者：

（2）文献收录:match Chemical Reviews

DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00510

（3）摘要：

DSC在解决一些玻璃科技方面最具挑战性的问题上是一个非常强大的工具，如玻璃态的非平衡态性质，玻璃化转变的动力学过程包括松驰，应力恢复, 多非晶形性转变和结晶等。

DSC技术的应用涵盖了所有玻璃化转变的化学过程，包括氧化物、硫族化合物、金属和有机体系，以及最近发现的金属有机骨架玻璃形成体系。这篇文章主要介绍了DSC在玻璃科学中的广泛应用，还强调了DSC表征技术的最新进展，包括flash DSC和调温DSC。

（4）测试仪器介绍：Flash DSC

Flash DSC 1采用了基于MEMS (micro - electromechanical Systems)传感器技术的双传感器量热计芯片。芯片上有两层相同的氮化硅/氧化膜，分别用于样品和参考位点。薄膜长度1.6毫米厚度2μm，悬浮在一个300 -μm厚的硅框架上。0.5 mm的样品区位于薄膜中央，并涂有铝以保证均匀的温度分布。传感器的样品和参考侧各有两个热阻加热器。主加热器用于实现通用温度程序，另一个加热器用于补偿参考单元和样品单元之间的温度差。

（5） 测试谱图：

（6） 测试类别分析：

通过DSC检测技术研究了玻璃化转变的过程。玻璃化转变的特性和关键参数如图7所示，为偏磷酸钙玻璃(CaP2O6)的等压热容(Cp)与温度(T)关系的DSC图谱，在第二加热冷却周期(速率:10k /min)使用DSC测定。

第一个扫描循环未显示，其上下扫描速率为10k /min。玻璃样品的冷却速率未知。玻璃态-液态转变在上升扫描过程中以Cp跃变和ΔCp (Tg)为特征，而液体玻璃化转变则反映在Cp的下降过程中。通过玻璃态-液态转变的起始温度等参数可外推玻璃Cp线与Cp上升曲线最大切线之间的截距，可得到标准玻璃化转变温度Tg。

案例2：

DSC在DNA薄膜研究中的应用

（1）题目及作者：

（2）文献收录：

The Journal of Physical Chemistry B

DOI: 10.1021/jp301128j

（3）摘要：

这篇文章利用差示扫描量热法(DSC)研究了DNA薄膜的性质。该研究在两个系列的实验中研究了这些薄膜的玻璃属性，即在不同速率下的缓慢冷却，然后在加热和低于玻璃化温度的老化下进行DSC扫描。引入假设的温度来表征玻璃从而推导和获得DNA薄膜弛豫的定量信息，特别是评估它们的焓势垒。与类似的PVAc的老化研究做对比突出了DNA样本的一些特殊性。

（4）测试仪器及方法介绍：

DSC（differential scanning calorimetry，差示扫描量热法）

首先对薄膜进行适当的热处理以获得我们研究中所需的玻璃化DNA薄膜。将含有样品的哈氏管插入差示扫描量热计(DSC)中，温度设置为293 K，静置10 min使其稳定。标准管使用的是商标为VESPEL的345 mg聚酰亚胺。这种聚合物在研究区域内不表现出玻璃化转变，而是建立一个线性基线。

（5） 测试谱图：

（6） 测试类别分析：

该研究利用差示扫描量热法(DSC)研究了DNA薄膜的相关性质。图2为相同冷却速率与升温速率之比下的升温曲线，并与τ = 60 s时（左图）的卷积及τ = 0 s时（右图）没有卷积的数据进行对比。左边的图像显示了相同的振幅处所有的峰值。这种效果只有在用合适的时间常数对数据进行反卷积时才能实现，而且不会因为样品在坩埚内的热接触不良而出现热滞后。通过对两幅图像的比较，不仅证明了所选择的量热时间常数是可靠的，而且证明了实验是在薄膜和样品(或参考)内的均匀温度下进行的。

案例3：

DSC在热稳定性危害评价中的实际应用

（1）题目及作者：

（2）文献收录：

Organic Process Research & Development

DOI: 10.1021/acs.oprd.9b00266

（3）摘要：

这篇文章主要关于DSC在热稳定性危害评价中的实际应用。

DSC是一种常用的工业工具，用于评估材料的热稳定性。尽管DSC广泛用于热稳定性危害评估，但在测试方法或数据解释方面的错误是常见的。为了避免这些问题，该研究的Corteva Agriscience反应性化学品(RC)组使用的标准操作程序和常见做法清单在本文中进行了介绍。

该RC项目的重点是设备校准和维护，选择合适的样品容器，以及独特的样品制备方法。概述了使用玻璃毛细管和玻璃安瓿样品容器进行DSC测试，以及用于保护样品的独特的火焰密封程序。介绍了甲苯中二叔丁基过氧化物玻璃样品容器与金锅玻璃样品容器的比较结果，说明了样品容器对结果的影响。此外，在DSC测试中还使用了含有乙二醇的玻璃安瓿样品容器，以证明它们对检测样品的氧化性的有效性。

（4）测试仪器介绍：

用于RC组标准的DSC测试条件如下：N2为50毫升/分钟。仪器待机温度40 ºC，数据采样间隔为1.0 s /点，加热速率10 ºC /分钟，典温度范围为30 ºC（或更低）到400 ºC。总是在同一温度范围重新扫描具有相同热率的样本。总是权衡前后试样容器DSC测试，检查测试样品的质量损失。如果样品质量损失大于10%，必须重新测试。

（5） 测试谱图：

（6） 测试类别分析：

如图6所示，我们还在相同的仪器上运行了一个福克斯的镀金DSC坩埚(GP)，使用的是我们标准DSC测试条件下的相同样品。如果不将GP样品容器密封在氮气箱内，使其顶部空间惰化是困难的；因此，GP DSC测试是在真空条件进行的。空气顶空中氧的存在引起的氧化反应在150℃时产生一个小的峰，这会导致一个较大的总热量(316.49 vs 292.60 J/g)。同样明显的是，GP DSC上的分解峰已经轻微地向更高的温度移动。因此，用GP外推分解峰的起始温度和峰值温度比用玻璃毛细管容器发现的典型值要高。这种峰的位移可能是由于DSC热流模式(GP为T1，而毛细管和放大器为T4P)和/或样品容器质量增加的结果。一般来说，从热稳定性危险评估的角度来看，这样一个小的峰的位移可以被认为是微不足道的。

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