Q s ——試樣的熱量；

 

Q r ——參比物的熱量；

 

dH/ dt ——單位時間內(nèi)的焓變，即熱流率（ M w ）。

 

利用差示掃描量熱法測定涂膜中的鋅粉含量 , 根據(jù)熱力學(xué)定律 , 

任何物質(zhì)在發(fā)生狀態(tài)改變的時候都要吸收或放出一定的熱量來保持其內(nèi)能的平衡。涂膜中的鋅粉在 DSC 的加熱過程中發(fā)生熔融 ,樣品吸收一定的熱量 , 樣品與參比產(chǎn)生熱能差，這時儀器系統(tǒng)要通過功率的補償Δ Q 維持試樣與參比熱能平衡 , Δ Q直接作為信號輸出，表現(xiàn)在 DSC 曲線圖上為一吸熱峰 ,計算此吸熱峰的峰面積得出系統(tǒng)所補償?shù)哪芰?，也就是涂膜中鋅粉熔融產(chǎn)生的焓變值，單位樣量的焓變值即為此樣品中鋅粉熔融所產(chǎn)生的焓值（J/g ） 樣 。它與純鋅（ 99.999 ％）的焓值（ J/g ） 純 的比值即為涂膜樣品中鋅含量的質(zhì)量百分數(shù)。

 

Zn ％＝（ J/g ） 樣 ／（ J/g ） 純 × 100

 

3 差示掃描量熱法測量涂膜中鋅粉含量

 

3.1 設(shè) 備

 

差示掃描量熱儀（ DSC ）；熱分析固體鋁皿；瑪瑙研缽；涂膜刮刀；高純氮氣；精密天平。差示掃描量熱儀是分析設(shè)備，主要有三部分構(gòu)成：冷卻系統(tǒng)、加熱及功率平衡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

 

 

3.2 檢測條件的設(shè)置

 

3.2.1 掃描的溫度

 

    鋅的熔點為 419 ℃ 左右， ASTM 規(guī)定測量涂膜中鋅粉含量時 , 儀器的掃描溫度為 (370 ～ 435) ℃ ,在這個溫度區(qū)間內(nèi)鋅的狀態(tài)發(fā)生改變，儀器采集樣品隨溫度的變化而產(chǎn)生的能量變化曲線，即 DSC曲線。如果掃描溫度設(shè)置過寬，使儀器掃描時間延長，溫度滯留現(xiàn)象加重，造成掃描曲線托尾；溫度設(shè)置過窄，可能造成能量變化曲線采集不，樣品還沒有熔融，系統(tǒng)溫度就已經(jīng)開始回冷，造成準(zhǔn)確度不好。

 

 

3.2.2 掃描的速率

 

    在 DSC 的測定中，程序升溫掃描速率主要對 DSC 曲線的峰溫和峰形產(chǎn)生影響 ( 見圖 2) 。一般來說，當(dāng)升溫掃描速率比較快時，其 DSC的峰溫越高，峰面積變大，峰形也越尖銳。測量涂膜中的鋅粉含量如果使用過高的升溫掃描速率，會導(dǎo)致涂膜試樣內(nèi)部溫度分布不均勻。當(dāng)超過一定的升溫掃描速率時，由于體系不能很快響應(yīng)，試樣反應(yīng)中的變化全貌不能被地記錄下來，另外，升溫掃描速率過快，會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，損壞儀器。在 ASTM 中規(guī)定，測量涂膜中鋅粉含量時的掃描速率為 10 ℃ /min 。

 

 

 

3.2.3 基線的校正儀器在做空白試驗時的基線應(yīng)為一條直線或是比較對稱的 S形線，好的基線是準(zhǔn)確計算峰面積的基礎(chǔ)。樣品池的潔凈程度，樣品池蓋子的位置和保護氣源等都會對基線造成不良影響，可以把空白基線作為一個文件保存，然后在進行樣品測定時，將其在得到的DSC 曲線中扣除，這樣就盡可能小的避免基線差異對測量結(jié)果帶來的影響。

 

3.2.4 溫度的校正

 

    在實際的 DSC 測量中要獲得度高的溫度值與峰形的關(guān)系曲線，必須用高純物質(zhì)的熔點或相變溫度進行校驗。一般采用的是高純銦（99.999 ％）進行溫度的校正。

 

3.2.5 量熱的校正

 

在 DSC 的測定中，量熱的校正是以已知標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)的相變熱焓值進行校驗的，測量涂膜中的鋅粉含量，以標(biāo)準(zhǔn)純鋅（ 99.999％）進行校驗。

 

     標(biāo)準(zhǔn)物純鋅的相變焓值應(yīng)在 (107.6 ～ 109.3) J/g ，如果儀器測量標(biāo)準(zhǔn)物純鋅的相變焓值在此范圍之內(nèi)，則說明儀器此時的量熱掃描系統(tǒng)比較好，此時的測量結(jié)果應(yīng)該比較準(zhǔn)確。在每次測量前都要進行純鋅量熱校正，并記錄該焓值數(shù)據(jù)，以該焓值數(shù)據(jù)計算樣品中的鋅含量。

 

 

3.3 檢測的基本過程

 

3.3.1 樣品的制備

 

用涂膜刮刀小心均勻地刮下涂膜 , 不能刮傷底材 , 防止底材中的鐵屑混入涂膜樣品中 , 刮下涂膜的面積至少為 (12.7 ×12.7)mm(ASTM 中規(guī)定 ) ，刮下來的涂膜要經(jīng)過瑪瑙研缽研磨，使樣品的粒度盡可能地小，這樣可以有效地減少因為樣品粒度大而產(chǎn)生的過多空間熱阻，熱阻使試樣的熔融溫度和熔融熱焓偏低，給分析帶來誤差。

 

 

3.3.2 樣品的稱量

 

將研磨的樣品充分攪拌均勻，稱量樣品 (3 ～ 6)mg 

（如果樣品量過少，降低了測量的靈敏度，樣品量過多，不僅使試樣內(nèi)部傳熱變慢，溫度梯度變大，導(dǎo)致峰形擴大，分辨率下降，而且涂膜中的有機物揮發(fā)大量的雜質(zhì)污染爐體，影響儀器的度。）用藥匙將樣品均勻地平鋪于鋁皿的底部，盡量增大試樣與鋁皿底部的接觸面積，減少試樣在鋁皿中的厚度，保證樣品在加熱過程中均勻受熱，加蓋密封，檢查有無外泄物。

 

 

3.3.3 測試計算

 

在純氮的環(huán)境下，樣品進行相轉(zhuǎn)變動態(tài)分析，從 (370 ～ 435) ℃以 10 ℃ /min 

的升溫速率升溫，儀器采集到樣品在加熱過程中熱量的變化，形成一吸熱曲線峰，計算曲線峰的面積，將吸熱曲線峰的面積換算成樣品中鋅發(fā)生相變的焓值J/g, 該焓值與標(biāo)準(zhǔn)物純鋅焓值的比值即為該樣品中純鋅的含量。

 

Zn ％＝（ J/g ） 樣 ／（ J/g ） 純 × 100

 

在相同條件下，平行測量三個樣品對比，取平均結(jié)果。

 

3.4 檢測誤差產(chǎn)生的幾種原因

 

(1) 樣品缺乏代表性。取樣不均或是取樣規(guī)模小。

 

(2) 樣品處理不當(dāng)，刮涂膜時混入底材鐵屑樣品研磨粒度太大，使堆積樣品中有大量的空間，產(chǎn)生了空間熱阻。

 

(3) 

盛放樣品的鋁皿底部在密封過程中變形，形成了凹凸表面，與樣品池不能良好地接觸，使其在加熱過程中受熱不均；放在參比池的空白鋁皿與盛放樣品的鋁皿間的質(zhì)量差異過大，空白扣除不理想；鋁皿外側(cè)沾染樣品污染爐體。

 

 

(4) 參比池與樣品池爐溫差異過大，對于功率補償型 DSC ，爐溫至關(guān)重要，兩池的爐溫應(yīng)該在程序溫度控制下保持高度一致。

 

    為避免以上原因產(chǎn)生的誤差應(yīng)該均勻取樣，增加樣品樣本容量，研磨后用磁鐵吸走混入的鐵屑，準(zhǔn)確稱量樣品，加蓋密封后，用毛刷對鋁皿外延及其底部仔細除雜，放入樣品池時仔細檢查鋁皿外觀，經(jīng)常對儀器進行維護，檢測前對儀器的各項設(shè)置條件進行檢查和校正。

 

 

4 結(jié) 語

 

    以 DSC 法測量涂膜中鋅粉含量具有方便、快捷、抗干擾強的特點，儀器本身的系統(tǒng)誤差控制在 2％之內(nèi)。在實際測量操作中還應(yīng)注意試驗條件的優(yōu)化選擇，減少誤差。檢測結(jié)果對產(chǎn)品的設(shè)計與施工具有很好的指導(dǎo)意義。