Diferansiyel Taramalı Kalorimetri Nedir?

 

Polimerler genellikle cam geçiş sıcaklığı (Tg), kristalleşme sıcaklığı (Tc) ve erime sıcaklığı (Tm) dahil olmak üzere termal geçiş noktalarını belirlemek için ZL-3047A DSC kullanılarak analiz edilir. Bu termal geçişler genellikle polimerlerin belirli performans özelliklerini karşılaması için operasyonel aralığı tanımlar. Hem işleme davranışı hem de malzeme özellikleri reolojik özelliklerden etkilendiğinden, reolojik ölçümler polimer yapılarını optimize etmek için kritik içgörüler de sağlayabilir.

 

ZL-3047A DSC, farmasötik materyalleri incelemek için oldukça etkilidir. Şunları tespit edebilir:

Polimorfizm (farklı kristal formlar)

Zaman içindeki yapısal değişiklikler (yaşlanma etkileri)

Amorf içerik (stabilite değerlendirmesi)

İlaç-yardımcı madde uyumluluğu (formülasyon taraması)

 

Elde edilen veriler, ilacın biyoyararlanımını, işleme koşullarını, depolama gereksinimlerini ve raf ömrü stabilitesini önemli ölçüde etkileyebilir. Çoğu durumda, yalnızca küçük numune miktarları mevcuttur ve bu da yüksek hassasiyetli DSC cihazlarını gerekli kılar.

Kalorimetri → Bir malzemenin ısıtma/soğutma sırasında ne kadar ısı emdiğini veya verdiğini ölçer.

 

Tarama → Program kontrollü doğrusal sıcaklık değişimlerini ifade eder, örneğin dakikada 10°C'lik ısıtma.

 

Diferansiyel (anahtar kavram!) → Numuneyi referans bir malzemeyle karşılaştırarak ısı akışı farkını ölçmek anlamına gelir.

 

Başka bir deyişle, DSC aletinin içinde iki tava bulunur:

  •Birisi numunenizi tutar

  •Diğeri bir “referans materyali” (genellikle termal değişikliğe uğramayan, hareketsiz, boş bir pota).

Malzeme Türü	Birincil DSC Uygulamaları	Ortak Parametreler
Lifler (örneğin, Polyester, Naylon lifler)	– Kristalleşme davranışını (kristalleşmeyi) analiz edin – Isıl işlem/eğirme sonrası süreçlerin yeterliliğini değerlendirin – Partiden partiye tutarlılığı kontrol edin	Tg, Tm, Soğuk kristalleşme piki, Kristallilik
Filmler (örneğin BOPP, PET filmler)	– Çift eksenli germe öncesi/sonrası termal davranış farklılıklarını inceleyin – Erime noktası dağılımını analiz edin (polimorfik fazları tespit edin) – Isıl yapışma ile kristallik arasındaki ilişkiyi araştırın	Tg, Tm, Kristalinite, Erime pik genişliği
Genel Plastikler (örneğin, PP, PE, ABS)	– Kristalin/amorf oranını belirleyin – Hammadde türlerini tanımlayın (Tg/Tm “parmak izleri” olarak) – Harmanlama/modifikasyon efektlerini değerlendirin	Tg, Tm, ΔH (erime), ΔH (kristalleşme)
Yapıştırıcılar (örneğin Epoksi, PUR)	– Reaksiyon/kürlenme derecesini değerlendirin – Çapraz bağ yoğunluğunu analiz edin – Termoplastik ile reaktif türleri ayırt edin – Servis sıcaklığı aralığını tahmin etmek için Tg'yi ölçün	Tg, Ekzotermik tepe, Kalan reaksiyon ısısı
Kauçuklar (örneğin EPDM, SBR, Silikon)	– Tg'yi dinamik performansla ilişkilendirin – Çapraz bağ yoğunluğu değişikliklerini değerlendirin	Tg, Tg kayması, Termal geçmiş etkileri

 

Aşağıdaki şekil, dört tip geçişi gösteren tipik bir DSC eğrisidir:

Sıcaklık katsayısı →

Ⅰ   İkincil bir geçiş için, yatay temel çizgide bir değişiklik söz konusudur

Ⅱ  Isı emilim zirvesi için, test numunesinin erimesi veya erime geçişi neden olur

Ⅲ  Isı emilim zirvesi, test numunesinin ayrışma veya bölünme reaksiyonundan kaynaklanır

Ⅳ  numune kristal faz geçişinin sonucu olan ekzotermik tepe noktasıdır

 

DSC Grafik Eksenlerinin Yorumlanması

X ekseni (Yatay Eksen)

• Temsil etmek: Sıcaklık

• Birim: Santigrat derece (°C)

• Açıklama: Basit – Isıtma/soğutma sırasında sıcaklık artışını gösterir.

Y ekseni (Dikey Eksen)

• Temsil etmek: Isı Akışı (ayrıca denir) Isı Gücü)

• Birim: Miliwatt (mW)

• Anahtar Açıklama:

  • Y ekseni şunu yapar: Olumsuz sıcaklığı veya toplam enerjiyi göster.

  • Ölçüyor ısı akış farkı Aynı ısıtma oranını korumak için numune ile referans tavası arasında.

  • Örnek:

    • DSC şunu okursa Isı Akışı = 8 mW, anlamı şudur:

      • Örnek şu şekildedir: ısıyı emen (endotermik).

      • Enstrüman tedarik ediyor 0,008 J/s ekstra Numuneye (referansa) göre her iki ısıtmanın da aynı oranda tutulması.

Eğim (Isı Akışı Değişim Oranı)

• Tanım: Isı akışının birim sıcaklık/zaman başına ne kadar hızlı değiştiği.

• Tercüme:

  • Daha dik yukarı eğim → Isı emilimi hızlanıyor (örneğin; ani erime).

  • Daha düz eğim → Isı akışı kademeli olarak değişir.

  • Daha dik aşağı eğim → Isı çıkışı artmaktadır (örneğin ekzotermik reaksiyon başlamaktadır).

Not: Bir DSC eğrisindeki tepe noktalarının "pozitif" veya "negatif" yönü mutlak değildir; bu, cihazın ısı akış yönü ayarı.

DSC’nin uyduğu uluslararası standartlardan bazıları şunlardır:

Standart No.	Uygulama Kapsamı	Anahtar İçerik
ISO 11357	Plastiklerin DSC Testi	Cam geçişi (Tg), erime (Tm), kristalleşme, oksidatif kararlılık
ASTM E967	DSC Sıcaklık Kalibrasyonu	Referans malzemeleri (örneğin indiyum, çinko) kullanılarak sıcaklık kalibrasyonu
ASTM E968	DSC Isı Akışı Kalibrasyonu	Erime entalpisi yoluyla ısı akışı sinyali kalibrasyonu
JIS K7121	Japon Endüstri Standardı (ISO 11357'ye eşdeğer)	Plastiklerin termal analizi için temel yöntemler

 

Malzemeye Özgü Standartlar

Polimerler

• ISO 11357-3: Kristalinite ölçümü

• ASTM D3418: Erime/kristalleşme sıcaklıkları ve entalpisi

• ASTM D7426: Kauçuk Tg analizi

İlaçlar

• USP <891>: Termal analiz doğrulaması

• ICH Q6A: Polimorf tespiti (DSC birincil yöntemdir)

Metaller

• ASTM E794: Metal erime noktası tayini

• ISO 17851: Oksidasyon davranışı

 

Uzmanlaşmış Yöntemler

 

Kalibrasyon ve Doğrulama

• ISO 11357-1: Temel DSC kalibrasyonu

• ASTM E2716: Veri doğrulama prosedürleri

• NIST SRM720: Safir ısı kapasitesi standardı

•