QA: ce înseamnă DCS?
2018-09-12
ce înseamnă DCS? Calorimetrie de scanare diferențială sau calorimetru diferențial de scanare. Calorimetria de scanare diferențială sau DSC este o tehnică termoanalitice în care diferența de cantitate de căldură necesară pentru creșterea temperaturii unei probe și referință este măsurată ca o funcție a temperaturii. Atât proba, cât și referința sunt menținute la aproape aceeași temperatură în timpul experimentului. În general, programul de temperatură pentru o analiză DSC este proiectat astfel încât temperatura suportului de probă să crească liniar ca funcție de timp. Proba de referință trebuie să aibă o capacitate de căldură bine definită în intervalul de temperaturi care trebuie scanate. Tehnica a fost dezvoltată de E. S. Watson și M. J. O'Neill în 1962 [1] și a fost introdusă comercial la Conferința de la Pittsburgh din 1963 privind chimia analitică și spectroscopia aplicată. Primul calorimetru de scanare diferențială adiabatică care ar putea fi utilizat în biochimie a fost dezvoltat de P. L. Privalov și D. R. Monaselidze în 1964 la Institutul de Fizică din Tbilisi, Georgia. [2] Termenul DSC a fost inventat pentru a descrie acest instrument, care măsoară în mod direct energia și permite măsurători precise ale capacității de căldură. [3] Detectarea tranzițiilor de fază Principiul de bază care stă la baza acestei tehnici este că, atunci când proba trece printr-o transformare fizică, cum ar fi tranzițiile de fază, mai mult sau mai puțină căldură va trebui să curgă spre ea decât referința pentru a se menține atât la aceeași temperatură. Dacă mai mult sau mai multă căldură trebuie să curgă în eșantion, depinde de faptul dacă procesul este exotermic sau endotermic. De exemplu, deoarece o probă solidă se topește la un lichid, va necesita o cantitate mai mare de căldură care curge în probă pentru a-și crește temperatura la aceeași rată cu cea de referință. Aceasta se datorează absorbției căldurii prin eșantion, deoarece trece prin trecerea fazei endoterme de la solid la lichid. De asemenea, deoarece proba suferă procese exoterme (cum ar fi cristalizarea), este necesară o cantitate mai mică de căldură pentru a crește temperatura probei. Prin observarea diferenței de debit de căldură dintre eșantion și referință, calorimetrele de scanare diferențiale sunt capabile să măsoare cantitatea de căldură absorbită sau eliberată în timpul acestor tranziții. DSC poate fi, de asemenea, utilizat pentru a observa schimbări fizice mai subtile, cum ar fi tranzițiile de sticlă. Este utilizat pe scară largă în setările industriale ca un instrument de control al calității, datorită aplicabilității sale în evaluarea purității probelor și studierea polimerizării [4] [5] [6] DTA O tehnică alternativă, care are multe în comun cu DSC, este analiza termică diferențială (DTA). În această tehnică, fluxul de căldură către eșantion și referință rămâne același, mai degrabă decât temperatura. Atunci când eșantionul și referința sunt încălzite în mod identic, modificările de fază și alte procese termice determină o diferență de temperatură între eșantion și referință. Atât DSC cât și DTA furnizează informații similare. DSC măsoară energia necesară pentru a menține atât referința cât și eșantionul la aceeași temperatură, în timp ce DTA măsoară diferența de temperatură dintre eșantion și referință atunci când aceeași cantitate de energie a fost introdusă în ambele. Curbele DSC Sus: O curbă schematică DSC a cantității de energie (y) necesară pentru menținerea fiecărei temperaturi (x), scanată într-un interval de temperaturi. Partea de jos: Curbele normalizate care reglează capacitatea inițială de căldură ca referință. Tampon tampon de bază (punctat) și variație tampon de proteine (solid). Curbele DSC normalizate care utilizează linia de referință ca referință (stânga) și fracțiile fiecărei stări conformaționale (y) existente la fiecare temperatură (dreapta), pentru proteine de două stări (top) și de trei stări (de fund). Rețineți extinderea minusculă în vârful curbei DSC a proteinei cu trei stări, care poate sau nu să apară semnificativ din punct de vedere statistic cu ochiul liber. Rezultatul unui experiment DSC este o curbă a fluxului de căldură față de temperatură sau față de timp. Există două convenții diferite: reacțiile exoterme din proba prezentată cu un vârf pozitiv sau negativ, în funcție de tipul de tehnologie utilizat în experiment. Această curbă poate fi utilizată pentru a calcula entalpii de tranziții. Aceasta se face prin integrarea vârfului corespunzător unei tranziții date. Se poate arăta că entalpia tranziției poate fi exprimată folosind următoarea ecuație: unde Delta H este entalpia tranziției, K este constanta calorimetrică și A este aria de sub curbă. Constanta calorimetrică va varia de la instrument la instrument și poate fi determinată prin analizarea unei probe bine caracterizate cu entalpii cunoscute de tranziție. [5] Aplicații Calorimetria de scanare diferențială poate fi utilizată pentru a măsura o serie de proprietăți caracteristice ale unei probe. Folosind această tehnică este posibil să se observe evenimentele de fuziune și cristalizare, precum și temperaturile de tranziție în stare de sticlă Tg. DSC poate fi de asemenea utilizat pentru a studia oxidarea, precum și alte reacții chimice. [4] [5] [7] Trecerea la sticlă poate să apară pe măsură ce temperatura unui solid amorf este crescută. Aceste tranziții apar ca un pas în linia de bază a semnalului DSC înregistrat. Acest lucru se datorează eșantionului care suferă o schimbare a capacității termice; nu apare o schimbare de fază formală [4] [6] Pe măsură ce crește temperatura, un solid amorf va deveni mai puțin vâscos. La un moment dat, moleculele pot obține suficientă libertate de mișcare pentru a se aranja spontan într-o formă cristalină. Aceasta este cunoscută sub numele de temperatura de cristalizare (Tc). Această tranziție de la solidul amorf la solidul cristalin este un proces exotermic și are ca rezultat un vârf în semnalul DSC. Pe măsură ce temperatura crește, eșantionul ajunge în cele din urmă la temperatura de topire (Tm). Procesul de topire are ca rezultat un vârf endotermic în curba DSC. Abilitatea de a determina temperaturile de tranziție și entalpii face DSC un instrument valoros în producerea diagramelor de fază pentru diferite sisteme chimice. [4] Exemple Tehnica este utilizată pe scară largă într-o serie de aplicații, atât ca un test de rutină de calitate, cât și ca instrument de cercetare. Echipamentul este ușor de calibrat, folosind indiu cu punct de topire scăzut la 156,5985 ° C, de exemplu, și este o metodă rapidă și fiabilă de analiză termică. polimeri DSC este utilizat pe scară largă pentru a examina materialele polimerice pentru a determina tranzițiile lor termice. Tranzițiile termice observate pot fi utilizate pentru a compara materialele, deși tranzițiile nu identifică în mod unic compoziția. Compoziția materialelor necunoscute poate fi completă utilizând tehnici complementare cum ar fi spectroscopia IR. Punctele de topire și temperaturile de tranziție în stare de sticlă pentru majoritatea polimerilor sunt disponibile din compilațiile standard, iar metoda poate demonstra degradarea polimerului prin scăderea punctului de topire, de exemplu, Tm, de exemplu. Tm depinde de greutatea moleculară a polimerului și a istoricului termic, astfel încât gradele mai mici pot avea puncte de topire mai mici decât se așteptau. Conținutul cristalin procentual al unui polimer poate fi estimat din picurile de cristalizare / topire ale graficului DSC, deoarece încălzirea de referință a fuziunii poate fi găsită în literatură [8]. DSC poate fi, de asemenea, utilizat pentru a studia degradarea termică a polimerilor folosind o abordare cum ar fi temperatura oxigenului de pornire / timp (OOT), totuși, utilizatorul riscă să contamineze celula DSC, care poate fi problematică. Analiza termogravimetrică (TGA) poate fi mai utilă pentru determinarea comportamentului de descompunere. Impuritățile în polimeri pot...