示差走査熱量測定

熱流束DSCでは、ΔTref曲線を積分することで熱流束の変化を計算します_。この種の実験では、試料と参照るつぼを、るつぼの温度測定用の温度センサーが組み込まれた試料ホルダーに置きます。この配置は温度制御オーブン内に設置されます。従来の設計とは異なり、熱流束DSCの特別な特徴は、平らなヒーターの周囲に垂直に配置された平らな温度センサーを使用することです。この構成により、通常のDSCオーブンと同様に機能しながら、小型、軽量、低熱容量の構造を実現できます。^{[ 8 ]}

この種のセットアップは、電力補償DSCとも呼ばれ、サンプルと参照るつぼは、熱流束DSC実験のように同じ炉内で隣り合わせに置かれるのではなく、断熱された炉内に置かれます。^{[ 9 ]}そして、両方のチャンバーの温度が制御され、両側で常に同じ温度が保たれます。この状態を得て維持するために必要な電力が、2つのるつぼ間の温度差ではなく記録されます。^{[ 10 ]}

2000年代には、マイクロマシンセンサーを用いた新しい熱量測定技術である高速スキャンDSC（FSC）^{[ 11 ]が急速に発展しました。この技術の主な進歩は、 10⁶} K/sにも達する超高速スキャン速度と、通常1 nJ/Kよりも優れた熱容量分解能を持つ超高感度です。^{[ 12 ]}

ナノカロリメトリー^{[ 13 ]}は材料科学で大きな注目を集めており、特に急速冷却における急速な相転移の定量的分析に用いられています。FSCの新たな応用分野として、熱的に不安定な化合物の熱物性に焦点を当てた物理化学も注目されています。融解温度、融解エンタルピー、昇華圧、蒸発圧、およびこれらの分子のエンタルピーなどの量が利用可能になりました。^{[ 14 ]}

温度変調DSC（TMDSC、MDSC）では、線形加熱速度に正弦波状の温度変化が重ね合わされます。この手法の利点は、反転信号と非反転信号を計算することで、重なり合うDSC効果を分離できることです。反転熱流は比熱容量の変化（→ガラス転移）に関連しており、非反転熱流は硬化、脱水、緩和などの時間依存現象に対応しています。

るつぼを用いないDSC測定は、試料への熱伝達を促進するため、DSC装置がこの目的に合わせて設計されている場合に限り可能です。るつぼを用いない測定は、化学的に安定な材料を低温で使用した場合のみ行うべきです。そうでない場合、カロリメーターの汚染や損傷につながる可能性があります。より安全な方法は、目的の温度に適しており、試料材料と反応しないるつぼ（例えば、アルミナ、金、白金のるつぼ）を使用することです。試料が揮発性物質を発生する可能性がある場合、または液体状態にある場合は、汚染を防ぐためにるつぼを密閉する必要があります。ただし、るつぼを密閉すると、圧力の上昇や、るつぼの変形による測定誤差が生じる可能性があることを考慮する必要があります。この場合、非常に小さな穴（直径約50μm  ）を持つるつぼ、または非常に高い圧力に耐えられるるつぼを使用する必要があります。

試料はるつぼ表面と良好に接触している必要があります。したがって、固体バルク試料の接触面は平面平行である必要があります。粉末を用いたDSC測定では、接触面が拡大するため、粉末が細かいほど強い信号が観測される可能性があります。最小試料質量は、分析する相転移によって異なります。 相転移中に放出または消費される熱量が十分に高い場合は、少量の試料質量（約10 mg）で十分です。放出または消費される熱量が少ない相転移を得るには、より重い試料を使用できます。これは、試料量が多いほど得られるピークも大きくなるためです。ただし、試料量の増加は、加熱中に発生する可能性のある熱勾配により、分解能を悪化させる可能性があります。

ピークが非常に小さい場合は、スキャン速度を上げることでピークを大きくすることができます。スキャン速度が速くなると、より短い時間でより多くのエネルギーが放出または消費されるため、ピークが高くなり、より鮮明になります。しかし、スキャン速度が速くなると、熱遅延のために温度分解能が低下します。この熱遅延により、狭い温度範囲で発生する2つの相転移（または化学反応）が重なることがあります。一般的に、加熱または冷却速度が速すぎるため、平衡遷移を検出できず、平衡状態を表す相図と比較すると、常に高温または低温側にずれが生じます。

パージガスは、信号ノイズを低減し、汚染を防ぐために、サンプル環境を制御するために使用されます。主に窒素が使用され、600  °C を超える温度では、アルゴンの熱伝導率が低いため、熱損失を最小限に抑えるためにアルゴンを使用できます。空気または純酸素は、酸化誘導時間などの酸化テストに使用でき、ヘリウムは沸点が低いため (101.325 kPa で約 4.2K ^{[ 24 ]} )、非常に低い温度で使用されます。

_DSCは、ポリマー材料の熱転移を調べるために広く用いられています。重要な熱転移には、ガラス転移温度（Tg）、結晶化温度（Tc _）、融解温度（Tm）などがあります。観測された熱転移は材料の比較に利用できますが、転移だけでは組成を特定することはできません。未知の材料の組成は、IR分光法などの補完的な手法を用いて特定することができます。_ほとんどのポリマーの融点とガラス転移温度は標準的なデータ集から入手でき、この方法では予想される融解温度の低下によってポリマーの劣化を示すことができます_。Tmはポリマーの分子量と熱履歴に依存します。

ポリマーの結晶含有率は、文献に記載されている融解熱の基準値を用いて、DSCグラフの結晶化/融解ピークから推定できます。^{[ 25 ]} DSCは、酸化開始温度/時間（OOT）などの手法を用いてポリマーの熱分解を研究するためにも使用できますが、DSCセルが汚染されるリスクがあり、問題となる可能性があります。熱重量分析（TGA）は、分解挙動の決定により有用である可能性があります。ポリマー中の不純物は、異常なピークについてサーモグラムを調べることで特定でき、可塑剤は特性沸点で検出できます。さらに、最初の加熱熱分析データの小さなイベントを調べることは有用です。これらの明らかに「異常なピーク」は、実際には材料のプロセスまたは保管の熱履歴、またはポリマーの物理的老化を表している可能性があるからです。一定の加熱速度で収集された最初の加熱データと2番目の加熱データを比較することで、分析者はポリマーの加工履歴と材料特性の両方について知ることができます。^{[ 26 ]}

DSCは液晶の研究に用いられます。物質が固体から液体に変化する際に、両方の相の特性を示す第3の状態を経ることがあります。この異方性液体は液晶状態またはメソモルファス状態として知られています。DSCを用いることで、物質が固体から液晶へ、そして液晶から等方性液体へと変化する際に生じる小さなエネルギー変化を観察することが可能です。^{[ 16 ]}

示差走査熱量測定法を用いて試料の酸化に対する安定性を調べるには、一般的に気密性の試料チャンバーが必要です。この方法では、試料の酸化誘導時間(OIT)を測定できます。このような試験は通常、試料の雰囲気を変えることで等温 (一定温度) で行われます。まず、試料を不活性雰囲気 (通常は窒素) の下で目的の試験温度まで上げます。次に、酸素をシステムに添加します。発生した酸化は、ベースラインのずれとして観察されます。このような分析は、材料または化合物の安定性と最適な保管条件を決定するために使用できます。^{[ 15 ]} DSC 装置は、材料の酸化開始温度 (OOT) を決定するためにも使用できます。この試験では、試料 (および参照) を酸素雰囲気にさらし、一定の加熱速度 (通常 50 ～ 300 °C) で加熱します。酸素との反応 (反応は発熱反応または吸熱反応のいずれか) が始まると、DSC 熱流曲線がずれます。 OIT試験とOOT試験はどちらも、抗酸化物質の活性を判定するためのツールとして使用されます。

DSCは、初期安全スクリーニングツールとして妥当なものです。このモードでは、サンプルは非反応性のるつぼ（多くの場合、金または金メッキ鋼）に収容され、圧力（通常、最大100バール）に耐えることができます。発熱反応の有無は、物質の熱に対する安定性を評価するために使用できます。しかし、感度が比較的低いこと、通常よりも遅いスキャン速度（ るつぼがはるかに重いため、通常2～3℃/分）と未知の活性化エネルギーの組み合わせにより、 観測された発熱の開始点から約75～100℃を差し引いて、材料の最大温度を推定する必要があります。断熱熱量計からははるかに正確なデータセットが得られますが、このような試験は、室温 から30分ごとに3℃ずつ上昇させる速度で2～3日かかる場合があります。

DSCは医薬品およびポリマー産業で広く使用されています。ポリマー化学者にとって、DSCはポリマー特性の微調整を可能にする硬化プロセスを研究するための便利なツールです。硬化プロセスで発生するポリマー分子の架橋は発熱反応であり、その結果、ガラス転移直後に通常DSC曲線に負のピークが現れます。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

製薬業界では、処理パラメータを定義するために、特性がよく分かっている薬物化合物が必要です。たとえば、薬物を非晶質の形で供給する必要がある場合、結晶化が起こる温度よりも低い温度で薬物を処理することが望ましいです。^{[ 16 ]}

凝固点降下は、示差走査熱量測定法で分析する場合、純度分析ツールとして使用できます。これは、化合物の混合物が融解する温度範囲が、それらの相対量に依存するためです。したがって、純度の低い化合物は、純粋な化合物よりも低い温度から始まる、より広い融解ピークを示します。^{[ 16 ] [ 17 ]}