Co je diferenční skenovací kalorimetrie?

 

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.

 

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.

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).

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 →

Ⅰ   U sekundárního přechodu je to změna vodorovné základní linie

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

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

Ⅳ  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)

• Představuje: Tepelný 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

 

Kalibrace a validace

• ISO 11357-1Základní kalibrace DSC

• ASTM E2716Postupy validace dat

• NIST SRM 720Standardní tepelná kapacita safíru

•