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物理光学仪器熔点测定的两种方法研究

2015-03-03 19:36:11
[导读]晶体熔化需要满足两个条件:一是达到熔点,二是持续受热。从这点来看,到达熔点和熔化之间是有时间差的,这段时间差的长短与样品本身关,也与测定方法有关。在进行熔点测定时,数字熔点仪是根据样品在受热时透光能力的变化作为判断依据,而DSC 是根据比热容的变化作为判断依据。

分析及讨论

晶体熔化需要满足两个条件:一是达到熔点,二是持续受热。从这点来看,到达熔点和熔化之间是有时间差的,这段时间差的长短与样品本身关,也与测定方法有关。在进行熔点测定时,数字熔点仪是根据样品在受热时透光能力的变化作为判断依据,而DSC 是根据比热容的变化作为判断依据。当纯度大的样品在DSC 曲线上开始表现为吸热的时候,样品还没有熔化,这时在数字熔点仪上光透过率很小或为零,没有熔点数据。持续受热一段时间后才出现熔化,再继续加热直到完全熔化变为透明熔液,这时数字熔点仪上样品表现为光透过率变大直到最大而得到熔点数据,这就是DSC曲线上出现明显吸热变化的温度较数字熔点仪早的原因。若样品的组分中有非结晶或熔点相差较大的物质,数字熔点仪与DSC 的测定结果就相差很大了。因为在受热时非晶体的比热容不会像晶体那样发生很大的突跃,在DSC 曲线上只有基线漂移而无明显突变。当样品中非晶含量大的组分发生相变时,整个样品的透光能力就变大了,在数字熔点仪上出现初熔点,但这时候对应的温度上DSC 曲线并无明显变化;所以若含有少量熔点低的组分,当其熔化时DSC 曲线上已有明显变化,而此时整个样品的光透过率还很小,在数字熔点仪上未出现熔点结果。

当样品中含有水或其它低分子物质时,如硬脂酸钙E,由于在熔点测定时样品受热会发生物理或化学变化,在用数字熔点仪测定熔点时可一次成功测定但无终熔点;而DSC 对样品的热变化非常敏感,当样品中含有水或其它低分子物质时,到一定温度曲线上就会出现明显的吸热峰,对结果的判

断产生很大的干扰。图1 为硬脂酸钙E 的DSC 曲线,第一次升温时出现四个明显的吸热峰,再作二次升温,三次升温时,曲线上只出现三个吸热峰,而降温曲线上只有一个放热峰。利用这样的曲线在进行熔点判断时,很难判断哪个吸热峰可以作为熔融峰。若不进行多次升降温,单凭一次升温的曲线就作判断,很容易被误导,特别是当样品的熔点与水或其它低分子易挥发物的挥发吸热峰接近的时候。若每个样品都这样进行分析,大大增大了测试周期和测试成本。而数字熔点仪只需设定预置温度和一次升温,不管样品在升温过程中发生多复杂的变化,它只根据过程中透光率的变化作出判别,且结果自动给出,从这点来看,针对不同的样品,特别是纯度不高的样品,数字熔点仪测试周期短,结果判断简单。在改性塑料行业所用到的低分子有机物助剂是多种多样的,而这些助剂的纯度和组分也各不相同,就实际生产而言,对这些助剂的“熔点”测试其实是对其整个组分相变温度的测试。不可否认DSC 法能在曲线上反应出丰富的信息,但是要对曲线上的变化作出合理的解释要么辅助其它仪器要么进行多次循环,增加了测试时间和成本;在实际的品质控制中,面对的样品不但纯度大小不一,而且种类和数量繁多,结果测定的及时性和准确性是同样重要的。

从实际生产来看,助剂要在体系中很好地进行混合,在液态或熔融态中当然能更好地进行,而相态的变化可以通过透光能力的变化进行表征,从这点来看,数字熔点仪的测试结果比DSC 测试的结果更有指导意义。

数字熔点仪测熔点时要注意制样,在进行测试前需对样品进行充分混合,将抽样的偶然性降低到最小,且测试3 次以上,几次结果接近方可接受,熔点取平均值。

3 结论

(1)利用DSC 和数字熔点仪都可以对低分子有机物进行熔点测试,对纯度较高的样品,两者的测试结果比较一致。

(2)若样品纯度低组分多,用DSC 进行测试时测试周期长,熔点结果难判断。

(3)在对塑料改性时用到的低分子有机物材料进行熔点测定时,从测试周期、测试成本、结果判断和实际生产指导考虑,推荐使用数字熔点仪法

(4) 在使用数字熔点仪对低分子有机物进行熔点测试时,要将样品充分混合,测试3 次以上,几次结果接近方可接受,熔点取平均值


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