測試環境的氣體氛圍(如氮氣、空氣等)對DSC(差示掃描量熱儀)測試結果具有多方面的影響,具體如下:
一、氧化反應相關影響
1、氧化導致的峰變化
(1)放熱峰的出現或增強:在空氣氛圍中,若樣品具有還原性,很容易發生氧化反應。例如,對于金屬樣品,可能會與空氣中的氧氣發生氧化反應,產生放熱峰。這個放熱峰可能會掩蓋樣品本身的一些熱效應,如熔融峰或結晶峰,使DSC曲線變得復雜,難以準確分析樣品原本的熱力學性質。
(2)吸熱峰的變化:有些樣品在氧化過程中可能會出現吸熱現象,這會改變DSC曲線中吸熱峰的位置和形狀。比如,某些有機化合物在氧化時,其內部的化學鍵斷裂可能需要吸收熱量,導致原本的吸熱峰發生偏移或出現新的吸熱特征。
2、氧化程度對結果的影響
(1)輕度氧化:即使樣品只是發生了輕微的氧化,也可能導致其熱穩定性發生變化。例如,高分子聚合物在輕度氧化后,其玻璃化轉變溫度和熔點可能會發生改變。這是因為氧化可能會改變聚合物分子鏈的結構,增加極性基團或交聯結構,從而影響分子鏈段的運動和排列,進而在DSC測試中表現為熱力學參數的變化。
(2)全氧化:在一些情況下,如果樣品發生全氧化,會產生全新的物質,這些物質的熱性質與原樣品全不同。例如,有機物全氧化生成二氧化碳和水,其熱效應與原有機物相比差異巨大,這樣DSC測試得到的將是錯誤的關于原樣品熱性質的結論。

二、熱分解反應相關影響
1、分解溫度的改變
(1)惰性氣體(如氮氣):在氮氣氛圍下,許多樣品的熱分解溫度相對穩定。因為氮氣是惰性氣體,不參與樣品的化學反應,所以能較為準確地反映樣品本身的熱分解特性。例如,對于一些熱塑性聚合物,在氮氣中的熱分解溫度可以用于評估其熱穩定性。
(2)空氣氛圍:在空氣中,由于氧氣的存在,一些樣品的熱分解溫度可能會降低。氧氣會與樣品發生氧化反應,加速樣品的分解過程。比如,對于油脂類樣品,在空氣中加熱時,氧氣會促進油脂的氧化分解,使分解溫度提前,并且在DSC曲線上表現為復雜的熱效應疊加。
2、分解產物的影響
(1)氮氣氛圍:在氮氣中,樣品熱分解產生的揮發性產物可以及時被氮氣流帶走,減少分解產物在樣品周圍的積聚,從而使分解過程更接近于動態平衡狀態。這樣可以得到比較清晰的熱分解峰,并且通過分析分解峰的形狀和面積,能夠更準確地研究樣品的熱分解動力學。
(2)空氣氛圍:在空氣中,熱分解產物可能會與氧氣發生進一步的反應。例如,分解產生的可燃性氣體可能會燃燒,這不僅會影響分解峰的形狀和位置,還會釋放額外的熱量,干擾對樣品本身熱分解能量變化的準確測量。
三、比熱容測量相關影響
1、比熱容數值的準確性
(1)氮氣氛圍:氮氣作為惰性氣體,不會與樣品發生化學反應,在測量樣品的比熱容時,能夠提供較為準確的環境。通過DSC測量比熱容的方法(如連續加熱法或階梯加熱法)在氮氣氛圍下可以得到可靠的比熱容數據,因為這些方法依賴于準確的熱量測量,而氮氣的存在避免了因化學反應帶來的熱量干擾。
(2)空氣氛圍:在空氣氛圍中,由于可能發生氧化反應或樣品與空氣中其他成分的相互作用,會導致測量的比熱容數值出現偏差。例如,樣品表面吸附的氧氣可能會影響其熱量傳遞,使測量的比熱容高于或低于真實值。
2、比熱容-溫度曲線的形狀
(1)氮氣氛圍:比熱容-溫度曲線通常能夠較好地反映樣品本身的熱容隨溫度的變化規律。例如,對于晶體物質,在氮氣中可以清晰地看到比熱容在熔點附近的突變,以及玻璃化轉變區域的比熱容變化。
(2)空氣氛圍:在空氣中,由于化學變化和熱效應的疊加,比熱容-溫度曲線可能會變得扭曲或出現額外的峰。這些額外的峰可能對應于樣品與空氣成分的反應放熱或吸熱過程,而不是樣品本身真正的比熱容變化,從而影響對樣品熱物理性能的準確評估。