「比熱容量は、物質が熱を蓄える能力を示す。この物質量は、一定量の物質を1ケルビンに加熱するのに必要な熱量に相当する。”
DSCの助けを借りて DSCsを用いることで、比熱容量（以下、Cp と記す） を求めることができます [3, Section 6.2]。比熱容量は、質量を加えることで集中的な量となる。これは、ある物質の質量を定義された温度差だけ増加させるために、その物質がどれだけの熱を吸収しなければならないかを示す。Cpは温度に依存し、以下のように計算される。
ここで、周囲圧力は一定と仮定する [2, p. 118]。 比熱容量の単位は [3, p. 78] である。
Cp値が上昇している理由は、この転移が吸熱的であるためである。 このため、与えられた温度プロファイルに従うために、測定システムはより多くのエネルギーを供給することになる。 しかし、これは実際のCpとは一致せず、このため相転移の領域における比熱容量は無限大であると仮定される。
サファイアを使用した参照
サファイアは、DSCを用いた比熱測定の補正係数の決定に最も広く使用されている標準物質である。 酸化アルミニウム（以下、Al2O3）から成るこの結晶は、天然に存在する。 しかし、サファイアは合成でも完全な品質で製造することができる。 合成的に製造されたサファイアガラスは通常無色であり、2050℃という高い融点により、DSCに一般的に使用される温度範囲では不活性である。 人工的に製造されたサファイアは高い精度で製造することができ、非常に精密な標準となります。 しかし、比熱が大きく異なる試料では、測定偏差が生じることがあります。 この場合、比熱容量が同等の標準試料を使用する必要があります。
DSCを用いた比熱容量の測定方法
示差走査熱量計を用いた比熱容量の測定には様々な方法がある。 以下に簡単に紹介する。
DSCによる古典的CP測定
DSCによる比熱容量の古典的な測定は、3つのステップで行われる。 最初のステップでは、対応する試料のるつぼのみを加熱し、測定システムの慣性を補正するために、実験に対応するゼロ曲線を記録します。 第二段階では、既知の標準物質を同じ実験条件で測定します。 前提条件は、その材料が非常に純度が高く、定義が明確で、目的の温度範囲において不活性であることです。 同様に、温度の関数としての参照物質の熱容量の文献値が入手可能でなければなりません。 第3のステップでは、調査対象の試料を同じ実験条件で測定します。 それぞれの場合において、基準物質と試料の測定値からゼロ曲線を差し引きます。 2つのDSC曲線の差から、較正係数と熱流量の比較により、比熱容量の決定が以下の式に従って計算されます。
[4, p. 119]. 3つの曲線とその方法を図に示す。 2.
非常に小さな試料重量を使用するため、標準物質と試料の質量を非常に正確に決定する必要がある。 るつぼおよびその他のすべての周囲条件は、可能な限り同一に保つ必要があります。 そうでないと測定偏差が生じるため、るつぼと試料を正確に配置するよう注意する必要があります。 また、試料全体の温度勾配などの影響を最小限に抑えるため、標準物質は、初期重量と比熱容量が調査中の試料と類似している必要があります。
DSCを用いた温度変調CP測定
温度変調測定によって比熱容量を測定する場合、温度曲線は正弦波に重畳されます。 この測定法の前提条件は、DSCが与えられた変調温度に追従できることである。 したがって、温度プロファイル[4, p. 132]は以下のように記述できる：
このことから、熱の流れは次のようになる。
と
[2, p.187]が適用される。
測定されたDSCが評価される場合、比熱容量 [1, p. 363] は次式に従って計算される。
測定システムと炉の慣性が振幅を制限し、長周期の原因となる。
結果として得られる熱容量の良好な分解能を得るためには、十分な数の変調周期を経なければならず、これは測定に時間がかかることを意味する。
DSCを用いた温度変調CP測定
温度変調測定によって比熱容量を測定する場合、温度曲線は正弦波に重畳されます。 この測定法の前提条件は、DSCが与えられた変調温度に追従できることである。 したがって、温度プロファイル[4, p. 132]は以下のように記述できる：
このことから、熱の流れは次のようになる。
と
[2, p.187]が適用される。
測定されたDSCが評価される場合、比熱容量 [1, p. 363] は次式に従って計算される。
測定システムと炉の慣性が振幅を制限し、長周期の原因となる。 結果として得られる熱容量の良好な分解能を得るためには、十分に多くの変調周期を通過させる必要があり、これは測定に時間がかかることを意味する。
DSC信号の可逆部分と不可逆部分の分離
DSC信号は、以下のように可逆部分（以下、REVと略す）と非可逆部分（以下、NONREVと略す）に分けられる。
[5, p. 172]. DSC信号の可逆的な部分には、ガラス転移や融解プロセスのような再現性よく起こる効果が含まれます[2, Chapter 3.1.4]。 非可逆的な効果とは、水の蒸発など、対応する試 料で一度だけ起こる効果である。 温度変調測定の助けを借りて、これらの信号を互いに分離することができます。 温度変調測定の計算式 [5, p. 172] によると、次のように仮定できる。
従って、可逆的な部分は次のように表現できる。
に従って、DSC信号の不可逆的な部分を計算する。
変調された測定信号が記録され、温度変調CP測定と同様にDSCによって比熱容量が計算された場合、NONREVは次式に従って計算される。
したがって、DSC信号からNONREVを差し引くことで、REVを計算することもできる。 測定中に他者による影響が重畳した場合、この分離の助けを借りれば、多くの場合、それらを明確に割り当てて評価することができる。 しかし、必要な時間と労力は著しく大きくなります。 Fig. 3は、可逆成分と不可逆成分を伴うDSC信号の典型的な表現である。
DSCによる3-オメガCP測定
比熱容量を求めるもう一つの方法は3ω法である。 デイビッド・ケーヒルが考案したこの方法は、角速度 ωで加熱するヒーターを使用する。 この方法は、実際には熱伝導率の測定に使用される [6, p. 19]。 熱伝導率は次式で求められる。
と併用できる。
を換算することができる[6, p. 69]。 このように、試料の周期的な温度変化を測定することで、比熱容量の大きさを知ることができる。 しかし、この方法は、通常のDSC測定ではほとんど使用されない薄膜試料を測定するためのものであるため、従来のDSC装置にはほとんど適していない。
以下のリンゼス測定器で比熱容量を測定できます：チップDSC、DSC PT 1600、STA
文学：
- B.ヴンダーリッヒ、高分子材料の熱分析。 ベルリン、ハイデルベルク：Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005.
- S.M. Sarge, G. W. H. Höhne und W. Hemminger, Calorimetry：基礎、装置と応用。 Weinheim, Germany：Wiley-VCH Verlag, 2014.
- G. W. H. Höhne, W. Hemminger und H.-J. Flammersheim, Differential Scanning Calorimetry：An Introduction for Practitioners.Berlin, Heidelberg：Springer, 1996.
- G. W. H. Höhne, W. F. Hemminger und H.-J. Flammersheim, Differential Scanning Calorimetry, 2. Aufl.Berlin, Heidelberg：Berlin, Heidelberg: 2003
.J. D. Menczel und R. B. Prime, ポリマーの熱分析. Hoboken, N.J.: John Wiley, 2009. - P.Böckh und T. Wetzel, Wärmeübertragung：Grundlagen und Praxis, 5. Aufl. Berlin：Springer Vieweg, 2014.
