dsc ne anlama geliyor?

Diferansiyel tarama kalorimetrisi veya diferansiyel taramalı kalorimetre。

Diferansiyel taramalı kalorimetri veya DSC, bir numunenin sıcaklığını arttırmak için gereken ısı miktarındaki farkın ve referansın bir sıcaklık fonksiyonu olarak ölçüldüğü bir termoanalitik tekniktir. Hem örnek hem de referans deney boyunca neredeyse aynı sıcaklıkta tutulur. Genel olarak, bir DSC analizi için sıcaklık programı, numune tutucunun sıcaklığı, zamanın bir fonksiyonu olarak doğrusal olarak artacak şekilde tasarlanmıştır. Referans numune, taranacak sıcaklık aralığı boyunca iyi tanımlanmış bir ısı kapasitesine sahip olmalıdır.

Bu teknik 1962 yılında E. S. Watson ve M.J. O'Neill tarafından geliştirilmiştir ve [1] ticari olarak 1963 Pittsburgh Analitik Kimya ve Uygulamalı Spektroskopi Konferansı'nda tanıtılmıştır. Biyokimyada kullanılabilecek ilk adiyabatik diferansiyel tarama kalorimetresi 1964 yılında P. L. Privalov ve D. R. Monaselidze tarafından Gürcistan Tiflis Fizik Enstitüsü'nde geliştirilmiştir. [2] DSC terimi, enerjiyi doğrudan ölçen ve ısı kapasitesinin kesin ölçümlerine izin veren bu aleti tanımlamak için yapılmıştır. [3]

Faz geçişlerinin tespiti

Bu tekniğin altında yatan temel prensip, örnek, faz geçişleri gibi bir fiziksel dönüşüme uğradığında, hem aynı sıcaklıkta devam etmek için referanstan daha fazla veya daha az ısıya ihtiyaç duyulmasıdır. Numuneye daha az veya daha fazla ısı akması gerekip gerekmediği, işlemin ekzotermik mi yoksa endotermik mi olduğuna bağlıdır. Örneğin, katı bir numune bir sıvıya eridiği için, sıcaklığın referans ile aynı hızda arttırılması için numuneye daha fazla ısı akması gerekecektir. Bu, katıdan sıvıya endotermik faz geçişine maruz kaldığı için numunenin ısının emilmesine bağlıdır. Benzer şekilde, numune ekzotermik işlemlerden geçtiğinde (kristalleşme gibi) numune sıcaklığını yükseltmek için daha az ısı gereklidir. Numune ve referans arasındaki ısı akışındaki farkı gözlemleyerek, diferansiyel tarama kalorimetreleri, bu geçişler sırasında emilen veya salınan ısı miktarını ölçebilir. DSC ayrıca cam geçişleri gibi daha ince fiziksel değişiklikleri gözlemlemek için de kullanılabilir. Endüstriyel ortamda, numune saflığını değerlendirme ve polimer kürünü incelemek için uygulanabilirliği nedeniyle bir kalite kontrol aracı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. [4] [5] [6]

DTA

DSC ile çok ortak olan alternatif bir teknik, diferansiyel termal analizdir (DTA). Bu teknikte, numuneye olan ısı akışı ve sıcaklıktan ziyade aynı kalan referanstır. Numune ve referans aynı şekilde ısıtıldığında, faz değişiklikleri ve diğer termal süreçler, numune ve referans arasındaki sıcaklıkta bir fark yaratır. Hem DSC hem de DTA benzer bilgi sağlar. DSC, hem referansı hem de numuneyi aynı sıcaklıkta tutmak için gereken enerjiyi ölçerken, DTA, aynı miktarda enerji her ikisine de eklendiğinde, numune ile referans arasındaki sıcaklık farkını ölçer.

DSC eğrileri

Üst: Bir sıcaklık aralığında taranan her bir sıcaklığı (x) korumak için gereken enerji girdisi (y) şematik DSC eğrisi. Alt: Referans olarak başlangıç ​​ısı kapasitesini ayarlayan normalleştirilmiş eğriler. Tampon-tampon taban çizgisi (kesikli) ve protein-tampon varyansı (katı).

Referans olarak taban çizgisini kullanan normalleştirilmiş DSC eğrileri (sol) ve iki durumlu (üstte) ve üç durumlu (alt) proteinler için her sıcaklıkta (sağda) bulunan her bir konformasyonel durumun (y) fraksiyonları (sağ). Üç gözlü proteinin DSC eğrisinin zirvesinde, çıplak gözle istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde ortaya çıkabilen veya olmayabilen küçük çizgilerin genişlediğine dikkat edin.

Bir DSC deneyinin sonucu, ısı akısına karşı sıcaklık veya zamana karşı bir eğridir. İki farklı konvansiyon vardır: deneyde kullanılan teknoloji türüne bağlı olarak, pozitif veya negatif tepe ile gösterilen örnekte ekzotermik reaksiyonlar. Bu eğri, geçişlerin entalpilerini hesaplamak için kullanılabilir. Bu, belirli bir geçişe karşılık gelen pikin entegrasyonuyla yapılır. Geçiş entalpinin aşağıdaki denklem kullanılarak ifade edilebileceği gösterilebilir:

Delta H'nin geçişin entalpisi olduğu yerde, K, kalorimetrik sabittir ve A, eğri altındaki alandır. Kalorimetrik sabit, enstrümandan alete değişecektir ve iyi bilinen bir örneği, bilinen geçiş entalpileriyle analiz ederek belirlenebilir. [5]

Uygulamalar

Diferansiyel tarama kalorimetrisi, bir numunenin bir dizi karakteristik özelliğini ölçmek için kullanılabilir. Bu tekniği kullanarak füzyon ve kristalleşme olaylarının yanı sıra Tg cam geçiş sıcaklıklarını gözlemlemek mümkündür. DSC, oksidasyonun yanı sıra diğer kimyasal reaksiyonları incelemek için de kullanılabilir. [4] [5] [7]

Cam geçişler, şekilsiz bir katı maddenin sıcaklığı arttıkça meydana gelebilir. Bu geçişler, kaydedilen DSC sinyalinin taban çizgisinde bir adım olarak görünür. Bu, ısı kapasitesinde bir değişiklik geçiren numuneden kaynaklanmaktadır; resmi bir faz değişikliği olmaz. [4] [6]

Sıcaklık arttıkça, şekilsiz bir katı daha az viskoz hale gelecektir. Bir noktada moleküller kendiliğinden kristalli bir formda kendilerini düzenlemek için yeterli hareket özgürlüğü elde edebilirler. Bu kristalleşme sıcaklığı (Tc) olarak bilinir. Amorf katıdan kristalin katıya bu geçiş, ekzotermik bir işlemdir ve DSC sinyalinde bir zirve ile sonuçlanır. Sıcaklık arttıkça, numune sonunda erime sıcaklığına (Tm) ulaşır. Erime süreci, DSC eğrisinde bir endotermik tepe ile sonuçlanır. Geçiş sıcaklıklarını ve entalpilerini belirleme yeteneği, DSC'yi çeşitli kimyasal sistemler için faz diyagramları üretmede değerli bir araç haline getirmektedir. [4]

Örnekler

Teknik, hem rutin bir kalite testi hem de bir araştırma aracı olarak çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekipmanı, örneğin 156.5985 ° C'de düşük erime noktalı indiyum kullanarak kalibre etmek kolaydır ve hızlı ve güvenilir bir termal analiz metodudur.

Polimerler

DSC, termal geçişlerini belirlemek için polimerik malzemeleri incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geçişler kompozisyonu benzersiz olarak tanımlamamasına rağmen, gözlemlenen termal geçişler malzemeleri karşılaştırmak için kullanılabilir. Bilinmeyen malzemelerin bileşimi, IR spektroskopisi gibi tamamlayıcı teknikler kullanılarak tamamlanabilir. Çoğu polimer için erime noktaları ve cam geçiş sıcaklıkları standart derlemelerden elde edilebilir ve yöntem, örneğin beklenen erime noktasının (Tm) düşürülmesiyle polimer bozunmasını gösterebilir. Tm, polimerin ve termal öykünün moleküler ağırlığına bağlıdır, bu nedenle düşük dereceler beklenenden daha düşük erime noktalarına sahip olabilir. Bir polimerin kristalin içeriği yüzde olarak, DSC grafiğinin kristalleşme / erime tepelerinden tahmin edilebilir, çünkü referans füzyon ısısı literatürde bulunabilir. [8] DSC, aynı zamanda, Oksidatif Başlangıç ​​Sıcaklığı / Süresi (OOT) gibi bir yaklaşımı kullanarak polimerlerin termal bozunmasını incelemek için de kullanılabilir, ancak kullanıcı, sorun yaratabilecek olan DSC hücresinin kirlenmesine neden olur. Termogravimetrik Analiz (TGA), ayrışma davranışı belirleme için daha yararlı olabilir. Polimerlerdeki katışkılar anormal pikler için termogramlar incelenerek belirlenebilir ve plastikleştiriciler karakteristik kaynama noktalarında tespit edilebilir. Ek olarak, ilk ısı termal analiz verilerindeki küçük olayların incelenmesi, görünüşe göre "anormal zirveler", malzemenin veya polimerin fiziksel yaşlanmasının işlem veya depolama termal tarihçesini de temsil edebileceğinden faydalı olabilir. Tutarlı ısıtma hızlarında toplanan birinci ve ikinci ısı verilerinin karşılaştırılması, analistin hem polimer işleme geçmişi hem de malzeme özellikleri hakkında bilgi edinmesini sağlayabilir.

Sıvı kristaller

Sıvı kristallerin çalışmasında DSC kullanılmıştır. Bazı madde formları katıdan sıvıya gittikçe, her iki fazın özelliklerini gösteren üçüncü bir durumdan geçerler. Bu anizotropik sıvı, sıvı kristal veya mezomorf bir durum olarak bilinir. DSC kullanarak, bir maddeden katı kristal sıvıya ve sıvı kristalden izotropik sıvıya geçişler olarak meydana gelen küçük enerji değişimlerini gözlemlemek mümkündür. [5]

Oksidatif kararlılık

Numunelerin oksidasyona karşı stabilitesini incelemek için diferansiyel tarama kalorimetrisinin kullanılması genellikle hava geçirmeyen bir numune haznesine ihtiyaç duyar. Genellikle, bu tür testler, numunenin atmosferini değiştirerek izotermal olarak (sabit sıcaklıkta) yapılır. İlk olarak, numune, genellikle nitrojen olan inert bir atmosfer altında istenen test sıcaklığına getirilir. Daha sonra, sisteme oksijen eklenir. Oluşan herhangi bir oksidasyon, taban çizgisinde bir sapma olarak gözlenir. Bu analiz, bir malzeme veya bileşik için stabilite ve optimum depolama koşullarını belirlemek için kullanılabilir. [4]

Güvenlik taraması

DSC makul bir başlangıç ​​güvenlik tarama aracı yapar. Bu modda, numune reaktif olmayan bir potada (genellikle altın veya altın kaplamalı çelik) muhafaza edilir ve basınç (tipik olarak 100 bar'a kadar) dayanabilir. Bir ekzotermik olayın varlığı daha sonra ısıtılacak bir maddenin stabilitesini değerlendirmek için kullanılabilir. Bununla birlikte, nispeten zayıf hassasiyet, normal tarama hızlarından (tipik olarak 2–3 ° C / dak, çok daha ağır olan pota) ve bilinmeyen aktivasyon enerjisinden oluşan bir kombinasyondan dolayı, yaklaşık 75-100 ° C'den düşmek gerekir. Malzeme için maksimum sıcaklık önermek üzere gözlenen ekzotermin başlangıç ​​başlangıcı. Adyabatik bir kalorimetreden çok daha kesin bir veri seti elde edilebilir, ancak böyle bir test, yarım saatte 3 ° C'lik bir artış hızında ortamdan 2-3 gün sürebilir.

İlaç analizi

DSC, farmasötik ve polimer endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimer kimyager için DSC, polimer özelliklerinin ince ayarını sağlayan kürleme işlemlerini çalışmak için kullanışlı bir araçtır. Kürleme işleminde ortaya çıkan polimer moleküllerinin çapraz bağlanması ekzotermiktir ve DSC eğrisinde genellikle cam geçişinden hemen sonra ortaya çıkan negatif bir tepe ile sonuçlanır. [4] [5] [6]

İlaç endüstrisinde, işleme parametrelerini tanımlamak için iyi karakterize edilmiş ilaç bileşiklerine sahip olmak gereklidir. Örneğin, amorf formda bir ilacın verilmesi gerekliyse, ilacın kristalleşmenin gerçekleşebileceği sıcaklıkların altındaki sıcaklıklarda işlenmesi arzu edilir. [5]

Genel kimyasal analiz

Donma noktası depresyonu, diferansiyel tarama kalorimetrisi ile analiz edildiğinde bir saflık analizi aracı olarak kullanılabilir. Bu mümkündür, çünkü bileşiklerin bir karışımının eridiği sıcaklık aralığı nispi miktarlarına bağlıdır. Sonuç olarak, daha az saf bileşikler, saf bir bileşikten daha düşük sıcaklıkta başlayan genişletilmiş erime pikini sergileyecektir. [5] [6]

Vikipedi, özgür ansiklopedi