测试技巧 | 于细微处见学问，热分析坩埚选择

纯铝的熔点是660℃，实际使用的40ul铝坩埚熔点都低于660℃，有国产坩埚和进口坩埚之分，材质来源不同。进口坩埚质量均一，纯度高，可避免样品与坩埚杂质产生副反应，适用于常规DSC和低于640℃的TGA/DSC测试。对于比热和重复性测试来说，进口坩埚的效果更好。梅特勒-托利多铝坩埚高度低并且底部十分平坦(确保尽可能小的温度梯度)，可用于固体和液体样品的测试。可以采用不扎孔盖子、50um孔盖子和大孔盖子三种形式密封达到不同的测试效果：密封耐压可达到0.2Mpa，可以用于抑制挥发性物质的吸热蒸发、汽化或升华（比如比热容和蛋白变形测试）；50ul孔盖子采用激光打孔，能形成自生成气氛测试低沸点液体的沸点，同时还可以分离重叠的热效应；大孔盖子或者无盖可保持坩埚内的气氛和炉体气氛一致（比如氧化诱导期测试）。下图1是不同密封形式坩埚水汽化的测试，开口坩埚低温也有挥发吸热峰较宽，密闭坩埚在超过坩埚耐压极限爆开，爆开温度取决于样品量，50um孔的盖子能形成自生成气氛才能准确地测得水的沸点是98.59℃。40ul铝坩埚还有带定位针和不带定位针两种，不带定位针的适用于带自动进样器的仪器，带定位针的只能手动加样，可保证每次放置同样的位置，结果重复性较好。

有时我们为了得到更好的分辨率或者为了避免薄膜样品测试过程中发生卷曲导致测试曲线异常（见图2），我们还可能用到20ul的轻质铝坩埚，坩埚与盖之间的狭小空间可以形成自生成气氛，在盖上提前打孔也可以使得坩埚内外气氛联通。

对于DSC来说不建议做到分解温度，因为分解产物一方面有可能会污染炉体和传感器，另一方面坩埚密闭内部压力过大有可能爆开坩埚盖子，导致测试结果不准确。对于某些特殊应用比如反应安全必须做到分解温度，我们可以选择高压坩埚。高压坩埚有重复使用（不锈钢30ul）和一次性（不锈钢镀金，25ul和40ul）的，如果追求测试结果准确性和重复性，建议使用一次性高压坩埚，相对成本较高，可避免重复使用高压坩埚多次使用后有可能的清洗残留和密封性减弱问题。对于阻止汽化且压力超过0.2Mpa的测试我们采用中压（耐压2Mpa）或者高压坩埚(耐压15Mpa)。下图3是酚醛树脂缩聚反应测试，由于DSC测试的是综合热效应，缩聚反应放热而水汽化吸热，采用40ul铝坩埚盖子扎孔测试根本测不到缩聚反应放热峰，而采用高压坩埚测试缩聚反应放热峰就很明显。

氧化铝坩埚就是我们通常说的陶瓷坩埚，一般用于TGA测试，尤其是测试热重信号而不是热流信号。可重复使用，物理清洁后（如果需要，在清水中(或10%的盐酸溶液中)清洗，因为很多盐类能在水中溶解。），储存起来备用。对于有些小分子物质的测试，小分子有可能渗透陶瓷坩埚，导致测试结果差，而采用铂金坩埚的测试结果准确且重复性好（见图4润滑油Noack 挥发性测试）。对于大多数同步测试，常用陶瓷坩埚，但是如果想得到更好的热流信号，建议采用铂金坩埚或者铝坩埚（低于640℃的实验），也可以采用70ul的铂金坩埚内嵌50ul陶瓷坩埚的方式获得更好的热流信号，以保护铂金坩埚。如果实验温度高于1000℃，同质的材料可能会发生烧结，建议在坩埚和支架之间垫一个蓝宝石垫片。为了避免有些样品在称量后和测试前发生变化（比如氧化或者吸潮等），可以采用黄蜂针扎孔（铝坩埚）或者特殊铝盖（陶瓷坩埚）。

铂金坩埚属于贵金属，价格较贵，主要用于温度超过640˚C的TGA或DSC测试。测试得到的SDTA和DSC曲线通常比使用氧化铝坩埚得到的曲线好。但要注意熔融态金属很容易与铂生成合金，这可能会在坩埚底部生成一个洞。煤烟(即炭黑)是在无氧气氛中产生的一种铂中毒。 

      铜坩埚不带盖，专门用于铜环境中的氧化稳定性测试(OIT)，铜起催化作用,比如测试电缆材料的氧化诱导期。通常将使用这种坩埚测试得到的氧化诱导时间与使用惰性铝坩埚测试得到的结果进行比较（见图5）。金坩埚耐化学腐蚀，除铝坩埚外能够冷压密封的坩埚（耐压0.3Mpa），若不是价格昂贵将会得到更多的使用。蓝宝石坩埚（PCA）是一种多晶氧化铝，材料结构紧实、耐化学腐蚀、惰性。PCA坩埚能够适用于所有的材料，包括熔融金属铁或镍。