Co je diferenční skenovací kalorimetrie?

Co je diferenční skenovací kalorimetrie?

Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) ZL-3047A je analytická technika používaná k měření tepla uvolněného nebo absorbovaného vzorkem během ohřevu nebo ochlazování v určitém teplotním rozsahu. Kromě charakterizace tepelných vlastností materiálů se DSC používá také ke stanovení teplot, při kterých dochází ke specifickým fázovým přechodům, včetně teploty skelného přechodu, teploty tání a krystalizace.

Pro provedení experimentu s diferenční skenovací kalorimetrií je zapotřebí přístroj, který dokáže poskytnout potřebný teplotní rozsah pro testování a přesně monitorovat změny teploty a tepelného toku.

Přístroj DSC s tepelným tokem Skládá se z pece, kde je umístěn vzorek a referenční materiál. Vzorek je zapouzdřen v kovové pánvi (obvykle hliníkové), zatímco referencí je obvykle prázdná pánev. Pec se zahřívá nebo ochlazuje a charakteristiky tepelného toku se sledují v závislosti na teplotě. Kvantitativní informace o tepelném toku lze určit z naměřeného teplotního rozdílu mezi vzorkem a referencí.

 

 
Analýza polymerů
Polymery se běžně analyzují pomocí DSC ZL-3047A za účelem stanovení jejich bodů tepelného přechodu, včetně teploty skelného přechodu (Tg), teploty krystalizace (Tc) a teploty tání (Tm). Tyto tepelné přechody často definují provozní rozsah, ve kterém polymery splňují specifické výkonnostní specifikace. Vzhledem k tomu, že reologické charakteristiky ovlivňují jak procesní chování, tak vlastnosti materiálu, mohou reologická měření poskytnout také důležité poznatky pro optimalizaci polymerních struktur.
 
Farmaceutické aplikace
ZL-3047A DSC je vysoce účinný pro studium farmaceutických materiálů. Dokáže detekovat:
Polymorfismus (různé krystalické formy)
Strukturální změny v čase (účinky stárnutí)
Amorfní obsah (posouzení stability)
Kompatibilita léčiva a pomocných látek (screening lékové formy)
 
Výsledná data mohou významně ovlivnit biologickou dostupnost léčiva, podmínky zpracování, požadavky na skladování a stabilitu při skladování. V mnoha případech jsou k dispozici pouze malá množství vzorků, což činí vysoce citlivé DSC přístroje nezbytnými.

 

Po všech těchto technických úvahách si možná stále kladete otázku – co přesně je DSC? Dnes si to rozebereme srozumitelně, abychom pochopili jeho základní princip.

Kalorimetrie → Měří, kolik tepla materiál absorbuje nebo uvolní během ohřevu/ochlazování.
 
Snímání → Vztahuje se na programově řízené lineární změny teploty, např. ohřev rychlostí 10 °C za minutu.
 
Rozdíl (klíčový koncept!) → Znamená porovnání vzorku s referenčním materiálem za účelem měření rozdílu tepelného toku.
 

Jinými slovy, přístroj DSC obsahuje uvnitř dvě misky:

  • Jeden pojme váš vzorek

  • Zatímco druhý drží „referenční materiál“ (obvykle inertní, prázdný kelímek, který nepodléhá žádným tepelným změnám).

„Je srovnání opravdu nutné?“

„Můžeme to přeskočit?“

„Rozhodně ne!“

Zde je důvod:

Představte si, že vaříte a chcete zjistit, jestli je něco v pánvi měnící se (jako opékání steaku). Máte:

  • Pánev AObsahuje váš vzorek (např. steak)

  • Pánev BPrázdné (pouze pánev)

Zahřejete obě pánve identicky na oddělených, ale identických sporácích.

 

Pokud sledujete pouze Pan A:

Vidíte, jak jeho teplota stoupá, ale vy nemůžu říct:

  1. Absorbuje pánev sama teplo?

  2. Probíhá endotermická reakce a steak se vaří?

  3. Nebo je to jen kolísání výkonu sporáku?

→ Jen o chování steaku se nic nedozvíte!

Ale pokud porovnáte pánev A a pánev B:

Když se pánev A zahřeje pomalejší (protože steak absorbuje teplo k vaření), zatímco pánev B se ohřívá normálně → Uvědomujete si:
„Aha! Něco v pánvi A absorbuje teplo – prochází fyzikální změnou (jako je tání nebo skelný přechod)!“

Toto je „diferenciální“ princip:

Neměříš. absolutní teplo v pánvi A— sledujete to rozdíl tepelného toku mezi pánví A a pánví B.

 

 

Typ materiálu

Primární aplikace DSC

Společné parametry

Vlákna

(např. polyesterová, nylonová vlákna)

– Analyzovat krystalizační chování (krystalinitu)

– Vyhodnotit adekvátnost tepelného zpracování/procesů po zvlákňování

– Kontrola konzistence mezi jednotlivými šaržemi

Tg, Tm, vrchol studené krystalizace, krystalinita

Filmy

(např. BOPP, PET fólie)

– Studium rozdílů v tepelném chování před/po biaxiálním natahování

– Analyzovat distribuci bodu tání (detekovat polymorfní fáze)

– Prozkoumat vztah mezi tepelnou svařitelností a krystalinitou

Tg, Tm, krystalinita, šířka píku tání

Obecné plasty

(např. PP, PE, ABS)

– Stanovení poměru krystalické a amorfní struktury

– Identifikace typů surovin (Tg/Tm jako „otisky prstů“)

– Vyhodnoťte efekty prolínání/modifikace

Tg, Tm, ΔH (tání), ΔH (krystalizace)

Lepidla

(např. epoxid, PUR)

– Posouzení stupně reakce/vytvrzení

– Analyzovat hustotu zesítění

– Rozlišování termoplastických a reaktivních typů

– Měření Tg pro předpověď rozsahu provozních teplot

Tg, exotermický pík, zbytkové reakční teplo

Gumy

(např. EPDM, SBR, silikon)

– Korelujte Tg s dynamickým výkonem

– Vyhodnoťte změny hustoty zesítění

Tg, posun Tg, vlivy tepelné historie

 

Následující obrázek je typická křivka DSC zobrazující čtyři typy přechodů:

Teplotní koeficient je →

   U sekundárního přechodu je to změna vodorovné základní linie

  Pro vrchol absorpce tepla je způsoben tavením nebo tavným přechodem testovaného vzorku

  Pro vrchol absorpce tepla je způsoben rozkladnou nebo štěpnou reakcí testovaného vzorku

  je exotermický pík, který je výsledkem přechodu krystalické fáze vzorku

 

Interpretace os grafu DSC

Osa X (vodorovná osa)

  • PředstavujeTeplota

  • JednotkaStupně Celsia (°C)

  • Vysvětlení: Jednoduché – zobrazuje teplotní nárůst během vytápění/chlazení.

Osa Y (vertikální osa)

  • PředstavujeTepelný tok (také nazývaný Tepelná energie)

  • JednotkaMiliwatty (mW)

  • Vysvětlení klíče:

    • Osa Y ano ne zobrazit teplotu nebo celkovou energii.

    • Měří rozdíl tepelného toku mezi vzorkem a referenční pánví, aby se udržela stejná rychlost ohřevu.

    • Příklad:

      • Pokud DSC ukazuje Tepelný tok = 8 mW, to znamená:

        • Vzorek je absorbující teplo (endotermický).

        • Přístroj dodává 0,008 J/s navíc ke vzorku (oproti referenčnímu vzorku), aby se oba ohřívaly stejnou rychlostí.

Sklon (rychlost změny tepelného toku)

  • DefiniceJak rychle se mění tepelný tok za jednotku teploty/času.

  • Výklad:

    • Strmější stoupání → Absorpce tepla se zrychluje (např. náhlé tání).

    • Plochější sklon → Tepelný tok se mění postupně.

    • Strmější svah dolů → Uvolňování tepla se zvyšuje (např. začíná exotermická reakce).

Poznámka: „Kladný“ nebo „negativní“ směr píků na DSC křivce není absolutní – závisí na přístroji. nastavení směru tepelného toku.

Mezi mezinárodní standardy, které DSC splňuje, patří:

Standardní číslo Rozsah aplikace Klíčový obsah
ISO 11357 DSC testování plastů Skelný přechod (Tg), teplota tání (Tm), krystalizace, oxidační stabilita
ASTM E967 Kalibrace teploty DSC Kalibrace teploty s použitím referenčních materiálů (např. india, zinku)
ASTM E968 Kalibrace tepelného toku DSC Kalibrace signálu tepelného toku pomocí entalpie tání
JIS K 7121 Japonská průmyslová norma (ekvivalent normy ISO 11357) Základní metody termické analýzy plastů

 

Materiálově specifické normy

Polymery

  • ISO 11357-3Měření krystalinity

  • ASTM D3418Teploty tání/krystalizace a entalpie

  • ASTM D7426Analýza Tg kaučuku

Farmaceutické výrobky

  • USP <891>Validace termické analýzy

  • ICH Q6ADetekce polymorfů (DSC je primární metoda)

Kovy

  • ASTM E794Stanovení bodu tání kovu

  • ISO 17851Oxidační chování

 

Specializované metody

Norma Typ testu Příklad aplikace
ISO 11357-6 Doba oxidační indukce (OIT) Stabilita polyethylenových trubek
ASTM D3895 Zkouška OIT z polyolefinů Aditivní účinnost
ISO 11357-4 Měření tepelné kapacity Kompozitní materiály

 

Kalibrace a validace

  • ISO 11357-1Základní kalibrace DSC

  • ASTM E2716Postupy validace dat

  • NIST SRM 720Standardní tepelná kapacita safíru

Poslední příspěvky

Sdílejte nás

Bezplatná cenová nabídka a žádost o informace

Zanechte nám svůj dotaz, poskytneme vám kvalitní produkty a služby!