試論DSC8000型熱分析儀器的穩定性與準確性

金小培

（中國紡織科學研究院有限公司 生物源纖維制造技術國家重點實驗室 北京100025）

1 引言

差示掃描量熱分析儀器（DSC）作為研究聚合物熱性能的重要儀器，應用廣泛[1-3],Perkin-Elmer 公司生產的功率補償式DSC 為熱分析儀器的代表。在前期的研究中可知，在使用Pyris 1 型DSC 儀器時，其儀器的穩定性會受到曲率及斜率等儀器參數的影響，準確性會受到校正表適用性的影響[4]。因此如何調整儀器參數及校正表的匹配對保證數據的可靠性極為重要，本文應用該類產品的DSC8000 型設備研究了該儀器的穩定性及準確性。

2 實驗部分

2.1 儀器

Pyris 1 型DSC、DSC8000 型DSC儀器，美國Perkin-Elmer 公司制造。

2.2 實驗步驟

2.2.1 儀器的穩定性測試

1）測試條件：樣品爐與參比爐均不放置樣品皿；

2）選擇曲率參數：-7、-5、0、5、7；斜率參數：30、59、90；分別得到儀器不同條件下的基線；

3）設置掃描溫度范圍：30℃～300℃；掃描速度：20℃/min；將爐子升溫至100℃恒溫，測試儀器的穩定性（一般以曲線在任意截取的10min 內，其信號波動范圍不超過10μW作為儀器是否穩定的評價標準）。

2.2.2 儀器測試的準確性

使用標準物In 分別制備儀器的升溫校正表及降溫校正表，對標準物進行重復掃描，考察儀器的準確性。其中升溫校正表制備選擇的溫度區間為120℃～195℃，升溫速率為20℃/min；降溫校正表的制備選擇溫度區間為195℃～120℃，降溫速率20℃/min。

3 結果與討論

3.1 儀器參數設置對儀器穩定性的影響

3.1.1 曲率值對基線形狀和儀器穩定性的影響

前期的研究可知，基線的形狀可通過曲率數值的大小進行調整[4]，通過增大或減小曲率的代數值，可得到不同曲率下的基線，其中對于所使用的DSC8000 型DSC 而言，當曲率為-5 時，基線接近水平，基線形狀較為理想（如圖1 所示）。

同樣考察不同曲率數值下儀器的穩定性（如圖2 所示），可見曲率數值為0 時，DSC8000 型儀器信號的波動最小，但總體而言，在選定的曲率數值下，DSC8000 型儀器信號波動均在10μW 的范圍中，曲率設定數值對儀器的穩定性影響較小，相比較Pris 1 型DSC 在某些曲率數值下，穩定性會受到較大的影響[4]，該方面而言，DSC8000 型儀器穩定性已有了較大提升。

3.1.2 斜率值對基線形狀和儀器穩定性的影響

固定儀器曲率為0，考察斜率值對基線形狀的影響規律以及對儀器穩定性的影響，如圖3 及圖4 所示：

同Pris 1 型DSC 相同，DSC8000 型DSC 的基線形狀隨斜率設置值的增大逐漸由向下傾斜到向上傾斜變化（圖3 所示）。在選擇的斜率值下（如圖4 所示），DSC儀器的信號均在10μW范圍內波動，這與Pris1 儀器規律相同[4]。綜合而言，DSC8000 型儀器在穩定性方面有了較大提升，曲率及斜率的設置值對儀器的穩定性幾乎沒有影響，因此在對DSC 基線優化的過程中，只考慮基線形狀即可。

3.2 儀器的校正對測試準確性的影響

為保證數據測試的準確、可靠，在DSC 測試之前首先要使用標準物對儀器進行校正，因為校正結果的準確是保證測試準確的前提。

3.2.1 校正溫度上限及平衡時間對降溫校正表準確性的影響

選擇基準物In 分別自高于熔點的溫度如165℃、180℃及195℃，分別平衡不同時間（0min、2min），然后降至120℃制備降溫校正表，掃描速度為20℃/min，每個測試條件重復三次（分別標注為Re1、Re2、Re3、平均值為AVE.），如圖5、圖6、圖7 及表1 所示。

由以上曲線及表1 數據可以看出，當選擇掃描上限溫度較低且平衡時間較短時，如圖5-a （165℃、平衡0min），In 的降溫結晶曲線重復性較差，這是由于平衡時間較短，標準物未充分熔融從而造成初始狀態差異，降溫時的結晶情況因此不同；隨平衡時間的延長，如圖5-b（165℃、平衡2min），降溫結晶曲線重復性提高；同樣，提高上限溫度（如圖6-a、圖6-b，180℃），不同平衡時間后的降溫結晶曲線差異逐漸縮小，當上限溫度足夠高時（圖7-a、圖7-b，195 ℃），由于熔融充分，不同平衡時間后In 的降溫結晶曲線均具有較好的重復性。從表1中結晶熱焓值?H 來看，除In 自165℃平衡0min 降溫掃描，由于熔融不充分，曲線不重復，其結晶熱焓值與理論值相差略大，其它熱焓值均接近理論數值。綜合而言，對于實際樣品測試時，在保證樣品不分解的前提下，選擇較高溫度、充分熔融的狀態以及合適熔融時間，才可保證得到可靠，可重復的降溫結晶數據。

表1 降溫掃描的數據匯總

3.2.2 校正表的適用性

對于DSC8000 型儀器而言，使用標準物In 在升溫掃描與升溫校正表或降溫掃描與降溫校正表分別匹配應用時，其掃描三次曲線的重復性均較好，數據與理論值一致、數據可靠，如圖8所示。

若DSC8000 型儀器應用校正表時采用非常規匹配，即在升溫掃描時應用降溫校正表，降溫掃描時應用升溫校正表（如圖9 所示），雖然3 次掃描曲線的重復性較好，但數據與理論值偏差較大（如表2 所示），在升溫掃描時應用降溫校正表，其掃描曲線的熔融Tonset值與理論值相差約為4℃；同樣在降溫掃描時應用升溫校正表，其掃描曲線的結晶Tonset值相差同樣較大，約為4℃；其熔融熱焓值與結晶熱焓值由于表示為整個掃描過程中熱量的變化，因此不受影響，基本一致。

由表2 中的數據可見，同Pris1 DSC 相比，校正表非常規匹配時，DSC8000 型儀器掃描曲線的Tonset值差異更加明顯，其對校正表的匹配要求更高，熱焓值的測試結果對校正表匹配的依賴性不大，為保證實驗數據的可靠，仍需要遵循校正表的匹配原則。

表2 校正表的適用性

4 結論

1）DSC8000 型熱分析儀器在儀器穩定性方面有了較大提升，曲率及斜率的設置值對儀器的穩定性幾乎沒有影響，因此在對DSC 基線優化的過程中，只考慮基線形狀即可。

2）DS8000 型熱分析儀器對校正表的匹配要求更高，而對于只考察熱焓變化時，測試結果對校正表匹配的依賴性不大。為保證實驗數據的可靠，仍需要遵循校正表的匹配原則。