Дифференциалдык сканерлөө калориметринин (DSC) түзүлүштөрүн кантип чечмелөө керек

Төмөнкү маалыматтарды түшүнүү Дифференциалдык Сканерлик Калориметрия

DSC деген сөздүн кыскартылышы Дифференциалдык Сканерлик Калориметрия бул негизинен ар кандай материалдар температура жогоруласа же төмөндөсө жылуулукту кантип кабыл алып же бөлүп чыгарын аныктайт. Бул процесс биздин сыноо үлгүбүз менен башка референциялык материалдын ортосундагы жылуулук агымынын айырмасын карап, калган нерсенин баарын туруктуу кармап турат. Бул материалдарда болуп жаткан маанилүү өзгөрүүлөрдү аныктоого жардам берет. Мисалы, алар эригенде, кристаллдарды пайда болгондо же айнекке өтө турган татаал өзгөрүүлөрдү жасаганда. ДСКнын натыйжаларына бардык тармактар, айрыкча пластмассаларды жасоо жана дары-дармектерди иштеп чыгуу сыяктуу тармактарда таянышат. Мунун кантип иштей тургандыгына тереңирээк кирерден мурун, адегенде бул аналитикалык куралдын эмнеден турарын жана операторлор күн сайын бул сыноолорду кантип жүргүзөрүн карап көрөлү.

Дифференциалдык сканировдуу калориметрия (DSC) деген не?

Дифференциалдык сканерлөө калориметриясы бир эле учурда үлгүлөрдү жана кандайдыр бир референс заттарды ысытканда же муздатканда иштейт. Ал аппарат алардын температурасын бирдей сактоо үчүн канча энергия керек экенин эсептеп турат. Эми тест учурунда эмне болот: эгерде үлгүбүз эриүү чекити сыяктуу өзгөрүүлөргө дуушар болсо же кычкылтек менен химиялык реакцияга кирише баштаса, анда ал тегеректеги жылуулукту эндотермалык жол менен кабыл алат же экзотермалык жол менен бөлүп берет. Биз бул реакцияларды DSC графигинде кичинекей дөбөлөр жана кулап кетүүлөр катары көрө алабыз. Бул ыкманы ушунчалык пайдалуу кылган нерсе - ар бир материалдын артында өзүнүн өзгөчө жылуулук реакциясы калыптанып калат. Бул анын курамы жана касиеттери жөнүндө айтып берген атайын код сыяктуу.

DSC анализинин негизги компоненттери жана шаймандар

Типик DSC системасына төмөнкүлөр кирет:

• Үлгү жана референциялык крейсерлер : Материалдарды кармап, жылуулукту бирдей бөлүштүрүүнү камсыз кылган кичинекей табак.
• Температурасы башкарылган меш : Жылуулук/суугучтун ылдамдыгын так жөнгө салат (көбүнчө ± 0,1°С тактык).
• Термопарлар же сенсорлор : Жылуулук агымынын айырмачылыктарын реалдуу убакыт режиминде өлчөө.
• Маалыматтарды алуу программасы : Жылуулук сигналдарын интерпретацияланган ийрилерге айлантат.

Азыркы шаймандарда сыноо учурунда кычкылдануу процессинин бузулушун азайтуу үчүн тазалоочу газ системалары да бар.

Жылуулук агымынын жана температураны башкаруунун ролу

ДСКнын так маалыматтарын алуу эксперимент учурунда температураны канчалык жакшы көзөмөлдөөгө байланыштуу. Жылуулуктун ылдамдыгын минутына 20 градуска чейин көтөргөндө, ал ошол бири-бирине жабышкан өтүүлөрдү өчүрүп коёт. Экинчи жагынан, минутына 2 градус ылдамдыкта өтө жай жүрүү бизге жакшыраак чечилишти берет, бирок сыноолорду жүргүзүү үчүн көбүрөөк убакыт талап кылынат. Сандык натыйжаларды чынчылдык менен кабыл алгандар үчүн жылуулук агымынын өзөгүн калибрлөө абдан маанилүү. Индий сыяктуу стандарттуу материалдарды колдонуу биздин өлчөмдөрүбүз энтальпиянын өзгөрүүсүн эсептөөдө жана материалдын чындыгында кристаллдашкан пайызын аныктоодо туура экендигин текшерүүгө жардам берет. Бул кичинекей өзгөртүүлөр үлгүлөрдөгү жылуулук окуяларын аспаптын өзүнөн келип чыккан фоновый ызы-чуудан бөлүп салууга жардам берет, бул натыйжаларды чечмелөөгө көбүрөөк ишеним берет.

DSC түзүлүшүн чечмелөө: огу, базалык линия жана калибрлөө

Х-огунун мааниси: температура жана жылуулуктун ылдамдыгы

DSC түзүлүштөрүндө горизонталдык огу температураны Цельсий же Кельвин градустарында өлчөөгө жардам берет. Сынак учурунда үлгүлөрдү ысытуу ылдамдыгы, адатта, мүнөтүнө 1 градустан 20 градуска чейинки аралыкта болот, жана бул тандоо натыйжалардын канчалык ачык көрүнүшүнө таасир этет. Жылуулуктун ылдамдыгын жогорулатканда кызыктуу нерселер болот. Ал эми жылуулуктун жогорулашынын натыйжасында, ал чекиттер ар кандай бойдон калуунун ордуна кеңейип кетет. Бул бир эле учурда бир нече жылуулук процесстерин аныктоо кыйынга турат. Көпчүлүк лабораториялар полимерлерди изилдөө үчүн минутына 10 градус ылдамдыкта тесттерди жүргүзүү жакшы натыйжа берет деп эсептешет. Бул бизге көп убакыт талап кылынбай эле жетиштүү деталды берет, бирок кээ бир татаал материалдар жылуулук белгилерин жакшыраак бөлүп алуу үчүн жай жылытууга муктаж болушу мүмкүн.

Y-огунун коддоштуруусу: Жылуулук агымы жана сигналдын калибрлөөсү

Y огунда жылуулук агымынын өлчөмдөрү милливат менен же үлгүлөрдүн миллиграмы менен нормалдаштырылган. Бул негизинен заттардын фазалык өзгөрүүлөрүн өткөргөндө канча энергия сиңип же бөлүнүп жатканын көрсөтөт. Сигналдарды туура калибрлөө абдан маанилүү, анткени ал базалык чекти туруктуу кармап турат жана биз көргөн чокулар так өлчөнгөнүн камсыз кылат. Азыркы учурда DSC жабдууларынын көбү үлгү массасына негизделген нормалдаштырууну автоматтык түрдө жүргүзөт. Бирок эч ким бир нерсени стандарттык референциялык материалдар менен кол менен текшерүүдөн баш тартпашы керек, мисалы, индийдин энтальпиялык өзгөрүү мааниси 28,4 джоулга чейин жетет. Эгерде кимдир бирөө тажрыйбалардын ишенимдүү сандык натыйжаларын кааласа, бул иш жүзүндө текшерүүлөр абдан маанилүү бойдон калууда.

DSC термограммасын анализдөөдө базалык түзөтүү ыкмалары

Базалык кыймылдын аспаптын ызы-чуусунан же үлгүлөрдүн бирдей эместигинен улам өзгөрүшү менен күрөшүүдө, чыныгы жылуулук окуяларын көрүү үчүн оңдоолор зарыл. Азыркы учурда көпчүлүк изилдөөчүлөр сызыктуу экстраполяция ыкмаларына таянышат. Бул ыкмалар негизинен баштапкы жана аяктоочу чекиттердин ортосундагы чекиттерди байланыштырат жана алар полимердик анализдерде байкалган 10 асимметриялык чокулардын 8и үчүн жакшы иштешет. Жакшы жаңылык - бул оор ишти азыркы программалар аткарып жатат. Автоматташтыруу адамдар ката кетирген учурларды азайтат. Айрым изилдөөлөрдө кол менен жасалган ыкмаларга салыштырмалуу 40% га аз каталар байкалат, бирок натыйжалар жабдуулардын сапатына жана үлгүлөрдү даярдоого жараша өзгөрүп турушу мүмкүн.

ДСК түзүлүштөрүндөгү негизги жылуулук өтүүлөрүн аныктоо жана талдоо

Айнек өтүү температурасы (Tg): аныктоо жана мааниси

Полимер катуудан ийкемдүү абалга өткөндө, бул температураны айнек өткөөл температура деп атайбыз. Дифференциалдык сканерлөө калориметриясы боюнча графиктерде ал көрүнүктүү максималдуу көрсөткүчтөн көрө, акырындык менен өзгөрүп турат. Бул экинчи иреттеги өтүүлөрдү табуу татаал иш болушу мүмкүн, анткени жылуулуктун чыныгы жөндөмдүүлүгүнүн өзгөрүшү өтө кичинекей, кээде сигналдардын 1% айырмасы. Өткөн жылы жарыяланган акыркы изилдөөлөрдө бул сигналдарды жакшыраак бөлүп алуу үчүн жаңы математикалык ыкмаларды карашкан. Жыйынтыгында бул жарым кристаллдуу материалдардагы Tg маанилерин өлчөөдө болжол менен 27% жакшыруу байкалган. Солкулдуу электрондук компоненттер сыяктуу нерселер менен иштегендер үчүн, бул өзгөрүүнүн кайда болорун билүү абдан маанилүү, анткени материалдардын жылуулукка кандай реакция жасаганы продукттардын бузулуудан мурун канча убакыт иштей тургандыгына түздөн-түз таасир этет.

Эритүү жана кристалдашуу чокулары: эндотермалык жана экзотермалык жүрүм-турум

Материалдар эригенде, алар жылуулукту сиңирип алышат, бул биз эндотермалык чокулар деп атаган нерсе болуп саналат. Ал эми кристаллга айланганда энергия бөлүнүп чыгып, экзотермиялык чокуларды пайда кылат. Эми бул жерде колдонулган жабдууларга жараша алардын кандай көрүнүшү жөнүндө кызыктуу нерсе бар. Жылуулук агымынын дифференциалдык сканерленген калориметрлери графиктеги эндотермалык чокуларды төмөндөп баратканын көрсөтөт, бирок энергияны компенсациялоо системалары аларды жогору жакка багытташат. Мисалы, полиэтилендин эриүү чекити абдан айырмаланат, ал эми поликарбонаттын эриүү чекити кыйла кеңири. Бул айырмачылык негизинен материалдын канчалык кристаллдуу экендигин көрсөтөт. Ал эми чокулар жөнүндө сөз болгондо, алардын формасы да маанилүү. Симетриялуу чокулар, адатта, таза материалдарды билдирет, ал эми асимметрия, адатта, булгануу маселелерине же бир эле заттын бир нече түрлөрүнө, бир жерде аралашкандыгына багытталат.

Жылуулук окуясы	Пик багыты (жылуулук агымынын DSC)	Энергиянын өзгөрүшү
Балкытуу	Төмөн	Эндатермиялык (ÎH 0)
Кристаллдашуу	Жогору	Экзотермиялык (ÎH <0)

Башындагы, эң жогорку жана акыркы температураны аныктоо жана аныктоо

Өткөөл мезгилдин башталышын карап жатканда, температуранын башталышы - негизинен, абалдын нормалдуу деңгээлден биринчи жолу четтеп кетиши - бизде эң жакшы белги болуп саналат, айрыкча бир эле учурда бир нече окуя болуп жаткан учурда. Жакшы жаңылык - автоматтык системалар адамдардын эң жогорку чектерди табууга аракет кылууда кетирген каталарын азайтууга жардам берет. Ал эми техниканы туура орнотуу үчүн, бул автоматтык ыкмалар, адатта, болжол менен жарым градус жылуулукка дал келген жыйынтыктарды берет. Бирок бир нерсе жөнүндө айта кетүү керек. Эгерде үлгүлөр өтө тез ысыса, мисалы, мүнөтүнө 20 градустан ашык болсо, бул жылуулук артка кетүүнүн себебинен аныкталган баштапкы температураны 5 градуска чейин артка жылдырат. Окумуштуулар тажрыйба жүргүзүүдө эсинде сакташы керек болгон нерсе.

Полимерлерде жана өнөр жай материалдарындагы жалпы жылуулук окуялары

DSC түзүлүштөрүндө материалга мүнөздүү манжа изи көрсөтүлөт:

• Катуулоо реакциялары : Эпоксиддик чайырлардагы 200°С төмөн экзотермиялык чокулар
• Жылуулук менен бузулуу : Базалык көрсөткүчтөрдүн төмөндөшүнүн чегинен жогорулашы
• Полиморфизм : Фармацевтикалык кошулмалардагы эритүү чокуларынын көптүгү

Жогорку тыгыздыктагы полиэтилен (HDPE) адатта бир кескин эритүү чокусун (ÎH -‰‰ˆ 200 J/g) көрсөтөт, ал эми тармакталган LDPE кайра иштетүү агымын аныктоо үчүн кеңири өтүүлөрдү - негизги маалыматтарды көрсөтөт.

DSC маалыматтарынын сандык анализи: энтальпия, кристаллиндик жана молекулярдык түшүнүк

Энтальпиянын өзгөрүшүн максималдуу аянтты интеграциялоо менен эсептөө

Дифференциалдык сканерлөө калориметриясы (DSC) криваларын карап жатканда, бул чокулардын астындагы мейкиндик бизге энталпиянын өзгөрүүсү жөнүндө айтып берет, аны ΔH деп атайбыз. Бир нерсе эригенде, ал жылуулукту алат, ошондуктан ΔH үчүн оң сандарды көрөбүз. Экинчи жагынан, материалдары кристаллдашканда энергия бөлүп чыгат, натыйжада ΔH терс болот. Көпчүлүк заманбап программалык камсыздоолордо бул чокуларды эсептөө үчүн атайын иштелип чыккан шаймандар бар. Так натыйжаларды алуу үчүн, негизинен, суунун жылуулугунун төмөндөшүнө жана процесстин бардык мезгилинде бирдей ысытууга тийиш. Тажрыйба көрсөткөндөй, 5% дан ашык каталар адатта кимдир бирөө баштапкы сызыкты туура эмес жайгаштырганы үчүн болот.

Полимерлердин кристалликалык сапатын өлчөө: ыкмалар жана чектөөлөр

Полимердик материалдардын кристалличтигинин көлөмү биз үлгүлөрдүн эритүү энтальпиясын материал толугу менен кристаллдуу болсо эмне болот дегенге салыштырууга байланыштуу. Үйдө эсепти сактап жүргөндөр үчүн, бул жерде мунун артындагы негизги математика: % кристаллиндик 100кө көбөйтүлгөнгө барабар (биздин үлгүлөрдүн эриген энтальпиясы) Бирок сандарга өтө эле көп маани бербейли. Бул ыкма менен реалдуу маселелер бар. Ар кандай лабораториялар ар кандай материалдарды колдонушат. Полимерди иштетүү ыкмасы да чоң айырмачылыкты жаратат. Тез муздатуу кристаллдын пайда болушун чектейт, ал эми материалды жай отуруп, акырын муздатуу (ажыратуу) кристаллдуулукту жогорулатат. Бул айырмачылыктар иш жүзүндө абдан маанилүү. Бул факторлорду жакшы көзөмөлдөбөсө, натыйжалар 15% дан ашык айырмаланышы мүмкүн, бул полимердин касиеттерин так мүнөздөөгө аракет кылууда абдан маанилүү.

Тоонун формасын молекулярдык түзүлүш менен материалдын тазалыгына байланыштыруу

ДСК түзүлүшүндөгү эң жогорку асимметрия жана тууралык молекулярдык гетерогендүүлүктү көрсөтөт. Мисалы:

• Ачык, симметриялуу чокулар : Гомогендүү структуралар (мисалы, жогорку тазалыктуу кошумча заттар)
• Кең ийнелер же көп сандаган баштыктар : Аралашмалар же бузулуп кеткен полимерлер
  Деконвлюциялык алгоритмдер үстөк-жөкмө өтүүлөрдү бөлүп турат. Таза эмес заттар тордун пайда болушун бузуу менен чокуларды кеңейтет - чокунун туурасын анализдөөдө фармацевтикалык каражаттардагы <0,5% булгоочу заттар аныкталат.

Жалпы көйгөйлөрдү жеңүү жана DSC интерпретациясындагы тактыкты камсыз кылуу

Деконвлюция ыкмалары менен каптап турган жана асимметриялык чокуларды чечүү

DSC түзүлүштөрүнүн түзүлүшүнө көз чаптырсак, көбүнчө айнек өтүү же эриүү чекиттери сыяктуу маанилүү өтүүлөрдү жашырган чокулар пайда болот. Бул көйгөйдү чечүү үчүн, өркүндөтүлгөн ийри деконвлюция ыкмалары жылуулук агымынын өлчөмдөрүнө математикалык шайкештикти колдонуп, бул татаал сигналдарды бөлүп чыгарат. Модулдаштырылган DSC техникасы (MDSC) башкача иштейт, ал синус толкундарынын үлгүсүн кадимки жылуулук ылдамдыгына кошуп, чынында эмне болуп жатканын көрө алгыдай кылып жакшыртат. Бул бөлүнүү белгилүү бир чокуларды аныктоону жана ар бир өтүүнү так өлчөөну жеңилдетет. Бул полимерлердин убакыттын өтүшү менен карышын изилдөө үчүн же бир эле учурда бир нече жылуулук процесстери болгон татаал материалдар менен иштөө үчүн абдан маанилүү.

Жылуулуктун ылдамдыгынын пик чечилишине жана маалыматтарды кайталоо жөндөмдүүлүгүнө таасири

Бир нерсени ысытуу ылдамдыгы биз карап жаткан DSC түзүлүштөрүндө өтүүлөрдүн канчалык ачык көрүнүшүнө чоң таасир этет. Ал эми өтө тез ысыганда, бул эндотермалык чокулар жогорку температурага жылып, кээде аларды айырмалоо кыйынга турат. Полимерлер боюнча айрым изилдөөлөр көрсөткөндөй, бул чындыгында каптал көйгөйлөрүн 15% га чейин көбөйтөт. Экинчи жагынан, жылуулуктун ылдамдыгы минутына 5 градустан төмөн болгон учурда жай жүрүү кошуна өзгөрүүлөрдү бөлүп көрүүгө жардам берет, мисалы, материалдары кристаллаша баштаганда жана эригенде. Көпчүлүк стандарттык тесттерде адамдар ысытуунун канча деңгээли колдонулганын так жазышы керек, анткени эгер адамдар 20 градустан ашык температура менен ашыкча жылуулукту колдонсо, натыйжалар тесттердин ортосунда жакшы дал келбейт - айырмачылыктар плюс же минус 10% болушу мүмкүн. Ошентип, бул жерде көп убакыт коротуп, жетиштүү деталдары бар жерди табуу жөнүндө. Эң жакшы натыйжага жетүү үчүн белгилүү стандарттарга ылайыктуу орточо бааны тандагыла.

Базалык жылуулуктун жылуулуктун чыныгы өзгөрүүсүнөн айырмалоо

Кээде ысык эмес нерселер DSC термограммасындагы өтүүлөр сыяктуу пайда болот. Үлгү алуучу идиштердеги же кошулмалардын бууланып кетишиндеги көйгөйлөр айнек өтүүлөргө окшош болгон ийри сызыктарды жаратышы мүмкүн. Чыныгы жана жасалма өзгөрүүлөрдү айырмалаш үчүн, алардын бир калыпта экенин текшериңиз. Чыныгы өзгөрүүлөр жылуулук жана муздатуу циклдеринин учурунда ар дайым бирдей көрүнөт, ар кандай материалдардын белгилүү касиеттерине негизделген күтүүлөргө дал келет. Сынактарды жүргүзүүдөн мурун, кычкылдануу көйгөйлөрүнөн улам пайда болгон дрейфти азайтуу үчүн инерттик газ менен тазалоого жардам берет. Маалыматтарды талдоо үчүн, полиномиялык шайкештик ыкмалары аркылуу же динамикалык күч компенсациясы ыкмаларын колдонуу менен базалык сызыкты алып салуу үлгүлөрдө ысык абалда эмне болуп жатканын аныктоого жардам берет.

Үлгүлөрдү даярдоо, калибрлөө жана стандартташтыруу боюнча мыкты тажрыйба

Фактор	Стандарттык протокол	Тактыкка тийгизилген таасир
Үлгү массасы	5-15 мг (ISO 11357)	Сигналдын тоюлушун алдын алат
Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү	< 100 μm (жумуртка)	Жылуулуктун бирдей өткөрүлүшүн камсыз кылат
Калибрлөө	Эки чекит (индий/цинк)	± 0,1°С температуранын тактыгы
Атмосфераны башкаруу	N тазалоо ‰¥ 50 мл/мин	Оксидациялык бузулуудан сактайт

Так өлчөө үчүн температураны калибрлөө үчүн ASTM E967 жана энталпияны тастыктоо үчүн ASTM E793 сыяктуу стандартташтырылган ыкмалар керек. Кайра кайталануучу натыйжалар үлгүлөрдү бирдей капсулалоодон, текшерилген референциялык материалды интеграциялоодон жана калдамаланган калибрлөө интервалдарынан көз каранды. Бул контролдоолорду колдонуу лабораториялардын ортосундагы өзгөрүлүштү 38% га чейин кыскартат.

ККБ

Дифференциалдык сканировдуу калориметрия (DSC) деген не?

Дифференциалдык сканерлөө калориметриясы - бул материалдардын ысытылганда же муздатылганда жылуулукту кантип сиңирүү же бөлүп чыгарууну өлчөө үчүн колдонулган ыкма, бул эритүү, кристалдашуу же айнек өтүүлөр сыяктуу өзгөрүүлөрдү аныктоого жардам берет.

КРК кантип иштейт?

DSC бир эле учурда үлгү менен референциялык материалды ысытуу же муздатууну камтыйт. DSC эки ортосундагы жылуулук агымынын айырмасын өлчөп, эндотермиялык (жылуулукту сиңирүү) же экзотермиялык (жылуулукту бөлүп чыгаруу) реакцияларды аныктайт.

DSC системасынын негизги компоненттери кайсылар?

DSC системасы адатта үлгүлөрдү жана референциялык балкаларды, температураны башкарган мешти, терможарымдарды же сенсорлорду жана маалыматтарды алуу программасын камтыйт. Азыркы системаларда кычкылдануу процессинин бузулушун азайтуу үчүн газды тазалоо системалары да бар.

Эмне үчүн DSC эксперименттеринде температураны көзөмөлдөө маанилүү?

Төмөнкү маалыматтар жылуулуктун температурасын так көзөмөлдөөгө, аныктаманын жакшырышына жана аныктаманын сапатына кам көрүү менен DSCдин так маалыматтарын алуу үчүн өтө маанилүү.

Айнек өтүү температурасынын (Tg) мааниси кандай?

Айнек өтүү температурасы - бул полимердин катуу абалдан ийкемдүү абалга өзгөргөн жери. Бул эптүү электрондук компоненттер сыяктуу колдонмолор үчүн өтө маанилүү маалымат.

DSC маалыматтарынан энтальпиянын өзгөрүүлөрү кантип эсептелинет?

Энтальпиянын өзгөрүшү DSC түзүлүшү боюнча чокулардын астындагы аянттан алынган, ал фазанын өзгөрүүсүндө сиңип калган же бөлүнгөн жылуулукту билдирет.

ДСК анализинде кандай кыйынчылыктар бар?

Кыйынчылыктарга чокулардын бири-бирине жабышуусу, негизги чектин жылдыруусу жана өлчөөдүн тактыгын камсыз кылуу кирет. Бул маселелерди чечүүгө үлгүлөрдү туура даярдоо, калибрлөө жана стандартташтырылган ыкмалар жардам берет.