การใช้งานหลักของ Calorimetry การสแกนความแตกต่างในการทดสอบวัสดุ

ความเข้าใจ การวิเคราะห์แคลอริเมตรีแบบสแกนนิ่งเชิงความแตกต่าง และบทบาทของมันในการวิเคราะห์วัสดุ

อะไรคือ การวิเคราะห์แคลอริเมตรีแบบสแกนนิ่งเชิงความแตกต่าง (DSC)

คาลอริเมตรสแกนความแตกต่าง หรือ DSC เป็นวิธีการทดลองที่ใช้ในการวัดความร้อนระหว่างวัสดุตัวอย่างกับสิ่งใดที่ไม่ทํางาน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างควบคุม เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทําการทดสอบเหล่านี้ พวกเขาระวังเหตุการณ์ที่ดูดซึมพลังงาน ( endothermic) และปล่อยพลังงาน (exothermic) ที่เกิดขึ้นเมื่อตัวอย่างถูกทําความร้อนขึ้นหรือเย็นลง มันช่วยให้พบการเปลี่ยนแปลงที่สําคัญในวัสดุ เช่น เมื่อสิ่งของละลาย กลายเป็นคริสตัล หรือผ่านการเปลี่ยนแปลงกระจกที่ยากลําบาก สิ่งที่ทําให้ DSC มีประโยชน์มาก คือมันให้เลขที่เราสามารถทํางานได้ การวัดเหล่านี้บอกเราทันที ว่าสารนั้นบริสุทธิ์แค่ไหน มีอะไรอยู่ในตัวมัน และมันคงที่แค่ไหน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เมื่อเทียบกับวิธีเก่าๆ เช่น DTA ที่แสดงแนวโน้มทั่วไปโดยไม่ให้ความเฉพาะ DSC จริงๆ แล้วคํานวณการเปลี่ยนแปลงการเอนทัลปี้ที่แม่นยํา (ค่า ΔH) การรู้ตัวเลขเหล่านี้สําคัญมาก เพราะวิศวกรต้องการมัน เพื่อเปรียบเทียบวัสดุต่าง ๆ กัน เพื่อเลือกวัสดุที่เหมาะสมสําหรับการใช้งาน

DSC ทําให้คุณลักษณะทางความร้อนของวัสดุถูกต้องอย่างไร

DSC ได้ความแม่นยําจากความเร็วในการทําความร้อนที่ควบคุมอย่างละเอียด และการตั้งค่าเบสลีนที่เหมาะสม การปรับปรุงล่าสุดในเทคโนโลยีนี้ ตอนนี้สามารถรับรู้การเปลี่ยนแปลงของกระแสความร้อนได้ ต่ําลงเพียง 0.1 ไมโครวัตต์ ซึ่งหมายความว่านักวิจัยสามารถพบการเปลี่ยนแปลงระยะที่เล็กมากในวัสดุได้ การดูข้อมูลการวิเคราะห์ความร้อนเมื่อเร็วๆ นี้จากปี 2024 แสดงว่าเมื่อทดสอบวิธีการเปลี่ยนโพลิมเลอร์ระหว่างภาวะ การอ่าน DSC ต่างกันน้อยกว่า 2% แม้ว่าจะซ้ําการทดลองเดียวกันหลายครั้ง การให้เครื่องมือมีการปรับขนาดอย่างถูกต้อง ก็เป็นเรื่องสําคัญมากเช่นกัน ห้องทดลองมักใช้ตัวอย่างมาตรฐาน เช่น อินดีียมและซิงค์ ซึ่งทําให้ความผิดพลาดลดลงประมาณ +หรือลบครึ่งองศาเซลเซียส ตามผลการค้นพบของโพเนมอนเมื่อปีที่แล้ว ลักษณะทั้งหมดนี้อธิบายว่าทําไม DSC จึงสําคัญมาก ในการศึกษาเรื่องต่างๆ เช่น วิธีการสร้างคริสตัลในเวลา สิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่น และคุณสมบัติทางความร้อนอื่นๆ ที่สําคัญมาก ในการพัฒนาวัสดุใหม่

การประกอบคุณลักษณะของพอลิมเลอร์ โดยใช้การสแกนความร้อนแบบต่าง

การวัดอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจก (Tg) ในพอลิมเลอร์

คอลอริเมตรสแกนความแตกต่าง หรือ DSC ให้การอ่านที่แม่นยํามาก เกี่ยวกับอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วของพอลิมเมอร์ (Tg) นี่คือตอนที่ส่วนที่ไม่ใช่คริสตัลของวัสดุเปลี่ยนจากแข็งและเปราะบาง เป็นนุ่มและยืดหยุ่น เมื่อเราทําการทดสอบเหล่านี้ เราดูว่าความร้อนไหลผ่านตัวอย่างอย่างไร เมื่อเราทํามันร้อนขึ้นค่อยๆ โดยปกติจะอยู่ระหว่างครึ่งองศาเซลเซียสถึง 30 องศาเซลเซียสต่อนาที อุปกรณ์จะจับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเล็กๆ ที่เกิดขึ้นรอบจุด Tg ห้องทดลองพบว่า สําหรับสิ่งทั่วไปอย่างพลาสติก PET มีความแตกต่างในผลลัพธ์น้อยกว่า 10% ระหว่างสถานที่ต่างๆ เมื่อทุกคนปฏิบัติตามขั้นตอน DSC เดียวกัน แต่กรณีพิเศษก็สําคัญเหมือนกัน วัสดุที่ดูดซึมความชื้น เช่น Affinisol ต้องใช้อย่างพิเศษ นักวิจัยส่วนใหญ่ใส่มันในถังที่แน่นต่ออากาศเต็มไปด้วยก๊าซที่ไม่ทํางาน เพื่อป้องกันน้ําจากการบกพร่อง แนวทางนี้ใช้ได้ดีในการพัฒนายา ที่มีมาตรฐานความบริสุทธิ์สูงมาก

การวิเคราะห์ความสดใสและพฤติกรรมการละลายในวัสดุพอลิมเลอร์

DSC จํานวนความสดใสโดยการรวม endotherms การละลาย, กับพอลีเอเธลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) โดยทั่วไปแสดงให้เห็นความถี่ของ 60 ~ 80% เทคนิค DSC การสแกนเร็ว (2050 °C·min−1) ตอนนี้สามารถตรวจพบระยะคริสตัลที่เป็น metastable ในไนลอน-6 ที่วิธีการที่ปกติพลาด ความรู้สึกของเทคนิคต่อ exotherms การแก้ไขกระจกกระจกกระจกยังช่วยให้ปรับปรุงอุณหภูมิการประมวลผลสําหรับพอลิมเลอร์ฉีด

การติดตามปฏิกิริยาการรักษาในพอลิมเลอร์ที่แข็งแรง

ในการผลิตธาตุ epoxy DSC ติดตามการรักษาไคนติกผ่านจุดสูง exothermic โดยอัตราการทําความร้อน (2.515 °C·min−1) ติดต่อตรงกับพลังงานการเปิดปฏิกิริยา การศึกษาที่ผ่านมาเกี่ยวกับการปรับปรุงการรักษาแสดงให้เห็นว่าแผนภูมิแปลงอากาศ-เวลา (TTT) ที่มาจาก DSC ลดอาการบกพร่องหลังการรักษาลง 42% ในฟองพอลิอุเรธาน

สาขาวิจัย: การควบคุมคุณภาพในการผลิตพอลีเอเธลีนด้วย DSC

ผู้ผลิตพอลิมเมอร์ชั้นนําหนึ่งลดความแตกต่างของชุดลง 31% หลังจากนํามาใช้การตรวจสอบความสดใสที่ใช้ DSC บนเม็ดพอลีเอธีเลน อัลการิทึมการวิเคราะห์จุดสูงอัตโนมัติตอนนี้ติดป้ายเบี่ยงเบน ± 5% ในความอ่อนแอของละลาย (เป้าหมาย: 290310 J · g −1) ภายในวงจรทดสอบ 12 นาที

คาลอริเมตรีสแกนความแตกต่างในการพัฒนายา

การตรวจพบและตรวจสกรีนพอลิมอร์ฟในสารยา

คาลอริเมตรสแกนความแตกต่าง หรือ DSC เป็นสั้นๆ เป็นสิ่งที่สําคัญมาก เมื่อพูดถึงการค้นหารูปแบบโพลิมอร์ฟิคที่แตกต่างกันของสารประกอบที่ใช้ในยา รูปแบบเหล่านี้สามารถสร้างความแตกต่างอย่างมาก ในเรื่องของยาที่ละลายและถูกดูดซึมเข้าในร่างกายได้ การวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่า มีบางอย่างที่น่าตกใจ ประมาณ 7 ใน 10 โครงการพัฒนายานั้นล้มเหลว เพราะไม่มีใครสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงโพลิมอร์ฟที่เกิดขึ้น สิ่งที่ทําให้ DSC มีคุณค่ามาก ก็คือความสามารถในการรับรู้การเปลี่ยนแปลงพลังงานเล็กๆ เมื่อวัสดุเปลี่ยนเฟส ซึ่งทําให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกสิ่งต่างๆ เช่น สารกะสตาร์กแกมม่า ที่ไม่มั่นคงจาก สารกะสตาร์กอัลฟ่า ที่มั่นคงกว่า สําหรับบริษัทยา นั่นหมายความว่า พวกเขาสามารถประหยัดเงินได้มากต่อมา โดยเลือกพอลิมอร์ฟที่เหมาะสมตั้งแต่เริ่มต้นของกระบวนการพัฒนาของตัวเอง แทนที่จะต้องทําทุกอย่างใหม่

การประเมินความเข้ากันของยาและสารช่วย การวิเคราะห์ความร้อน

DSC เร่งการทดสอบความเข้ากันระหว่าง API และสารช่วยโดยการติดตามปฏิสัมพันธ์ทางความร้อน การสร้าง Eutectic แสดงถึงปัญหาความผสมผสานที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ส่วนจุดสูงของการขาดน้ําแสดงให้เห็นถึงความไม่เข้ากันที่เกิดจากความชื้นในสารช่วยที่ใช้ในระบบไฮกรอสโกปิก รายงานอุตสาหกรรมปี 2024 แสดงว่าวัฏจักรการปรับปรุงการจัดทําอาหารเร็วขึ้น 60% เมื่อใช้ DSC ในการตรวจสอบความเข้ากันได้ เมื่อเทียบกับวิธีประเพณี

การใช้ DSC สําหรับการทดสอบความมั่นคงและการคาดการณ์อายุการใช้

คอลอรี่เมตรสแกนความแตกต่าง ให้เราตัวเลขเกี่ยวกับวิธีการที่วัสดุจะแตกแยกลงในเวลาผ่านกระบวนการ เช่น การออกซิเดชั่น หรือการกระจกกระจกใหม่ ซึ่งเป็นสิ่งที่จําเป็นมาก ถ้าเราต้องการหาว่าผลิตภัณฑ์จะใช้ได้นานแค่ไหน เมื่อนักวิทยาศาสตร์ดูระดับพลังงานการเปิดตัวเหล่านี้ ระหว่างปฏิกิริยาการละลาย พวกเขาจะได้ความเข้าใจที่ดีกว่า เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น เมื่อสิ่งของแก่เร็วกว่าที่สภาพปกติจะอนุญาต การศึกษาล่าสุดจากปี 2023 แสดงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจเช่นกัน พวกเขาพบว่าการคาดการณ์ที่ทําโดยใช้ DSC ตรงกับการทดสอบอายุการใช้จริง ด้วยความแม่นยําประมาณ 95% สําหรับตัวอย่างวัคซีนที่เก็บไว้ในสภาพอุณหภูมิที่แตกต่างกัน การปรับเปลี่ยนแบบนี้หมายความว่าบริษัทสามารถนําผลิตภัณฑ์ของพวกเขาไปตลาดได้เร็วกว่าวิธีการดั้งเดิมเกือบสองสัปดาห์ โดยประหยัดทั้งเวลาและเงินในวงจรการพัฒนา

การประยุกต์ใช้ DSC ในโลหะ สับสนอง และวัสดุที่ก้าวหน้า

การตรวจสอบการเปลี่ยนเฟสและผลการรักษาด้วยความร้อนในเหล็กสแตนเลส

การตรวจความร้อนแบบสแกนต่าง หรือ DSC ให้ผู้ผลิตข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กสกัดอุตสาหกรรมเปลี่ยนเฟสระหว่างกระบวนการทําความร้อนและทําความเย็น เทคนิคนี้ทํางานโดยการติดตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเหล่านี้ ซึ่งช่วยกําหนดได้ชัดเจนว่า สารผสมไททานิਅਮที่ใช้ในชิ้นส่วนเครื่องบินเริ่มเริ่มกระจกใหม่เมื่อไหร่ ขณะเดียวกันยังติดตามการเกิดคาร์ไบด์ในสแตนเลสเครื่องมือต่างๆ การวิจัยล่าสุดเมื่อปีที่แล้ว แสดงผลที่น่าประทับใจ เมื่อบริษัทต่างๆ ปรับปรุงการรักษาความร้อนของพวกเขาให้ดีที่สุด โดยใช้ข้อมูลจาก DSC พวกเขาก็เห็นว่าใบลวดทูไบน์ที่ทําจากเหล็กสกัดบางชนิด ใช้งานนานกว่าเกือบ 18% ก่อนจะแสดงสัญญาณการเสียหาย การปรับปรุงแบบนี้สําคัญมากในอุตสาหกรรม ที่ส่วนประกอบล้มเหลว อาจมีผลร้ายแรง

การวัดความร้อนของการหลอมในการแปรรูปโลหะอุตสาหกรรม

คอลอรี่เมตรสแกนความแตกต่างวัดว่าใช้พลังงานมากแค่ไหน เมื่อวัสดุเปลี่ยนจากภาพแข็งเป็นภาพเหลว สิ่งที่สําคัญสําหรับคนที่ทํางานในอุตสาหกรรมการโยนโลหะและการพิมพ์ 3 มิติ ในส่วนของเหล็กสับสน ที่ใช้ในกระบวนการการท่อแบบแบบฉีด เราเห็นความแตกต่างในความร้อนของการหลอมรวมของมัน ตั้งแต่ 180 ถึง 220 จูลต่อกรัม ข้อมูลแบบนี้เป็นฝุ่นทองคําสําหรับผู้ผลิต ที่พยายามที่จะลดปัญหาของขุมขัดขวางในผลิตภัณฑ์ของพวกเขา สําหรับชุดสกัดอลูมิเนียม-ซิลิคอน การทดสอบ DSC กลายเป็นสําคัญยิ่งขึ้น ถ้ามีความแตกต่างมากกว่า 5% ในค่าการดูความเข้มแข็งของการหลอมรวมระหว่างชุดนี้ มันมักจะหมายถึงปัญหาในอนาคต กับปัญหาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในภายหลัง

การประกอบลักษณะของวัสดุที่เปลี่ยนเฟสและนานาโนคอมพอไซต์

คอลอริเมตรการสแกนความแตกต่าง มีบทบาทสําคัญในการศึกษาว่า นาโนคอมพอไซต์ต่าง ๆ จะคงที่อย่างไรเมื่อถูกทําความร้อน โดยดูสิ่งต่างๆ เช่น โพลิมเลอร์เสริมซิลิก้า และวิธีการที่วัสดุการเปลี่ยนแปลงระยะเก็บความร้อนลึกลับ เราเห็นผลงานที่น่าสนใจเมื่อเร็วๆ นี้ ที่นักวิจัยทดสอบ PCM ที่เพิ่มพลังงานจากกราเฟน เพื่อจัดการความร้อนในแบตเตอรี่ และสิ่งที่พวกเขาพบได้เป็นที่น่าประทับใจจริงๆ นอกจากนั้น ภารโรงงานหลายแห่งก็กําลังใช้เทคนิคนี้ เพื่อตรวจสอบวัสดุที่ใช้ในการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วย สถานที่วิจัยชั้นนําพึ่งพาแผนภูมิที่ผลิตผ่านการวิเคราะห์ DSC เพื่อให้เข้าใจว่าการประกอบสาร nanocomposite ที่แตกต่างกันจะทํางานอย่างไรเมื่อถูกผลักดันไปถึงขีดจํากัดของพวกเขาระหว่างการทํางาน

แนวโน้มใหม่และแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการวัดความร้อนแบบสแกน

การปรับปรุงการเตรียมตัวอย่างและการปรับขนาดเครื่องมือ

การเตรียมตัวอย่างให้ถูกต้อง และการทําให้แน่ใจว่าทุกอย่างถูกคอลิเบอร์เป็นอย่างถูกต้อง ทําให้การวัดแม่นยําประมาณ 60-80% เมื่อทํางานกับการวัดความร้อนแบบสแกนความแตกต่าง หรือ DSC ตามที่เรียกกันทั่วไป การวิจัยล่าสุดจาก ASTM เมื่อปี 2023 ก็แสดงให้เห็นว่า มีบางอย่างที่น่าสนใจเช่นกัน เมื่ออนุภาคใหญ่กว่า 200 ไมโครเมตร มีความแตกต่างประมาณ 15% ในวิธีการวัดจุดเปลี่ยนกระจกสําหรับพลาสติกที่แตกต่างกัน สําหรับใครก็ตามที่ทําการทดสอบเหล่านี้ นี่คือคําแนะนําที่ดีที่จะปฏิบัติ ใช้ถังที่ปิดไว้สําหรับตัวอย่างที่อาจระเหยระหว่างการทดสอบ ตัดค่าทั้งค่าอุณหภูมิและปริมาณความร้อนด้วยมาตรฐานอินเดียม โดยที่ความเข้มข้นของการเผาผลาญอยู่ที่ 28.4 จูลต่อกรัม และอย่าลืมปรับค่าเบอร์ฐาน เพื่อให้อากาศภายนอกไม่กระทบผล

เทคนิค DSC การสแกนเร็วและเทคนิคการผ่านสูงในอุตสาหกรรม

DSC การสแกนเร็ว (อัตราการทํางานสูงถึง 500 °C/นาที) ลดเวลาการวิเคราะห์ 40% ในขณะที่จับการเปลี่ยนระยะที่รวดเร็วในสารนาโนและยา ผู้ผลิตตอนนี้นําตัวอย่างหุ่นยนต์ auto samplers เข้าร่วมกับการประมวลผล 200+ ตัวอย่างต่อวัน , ทําให้สามารถตรวจสอบคุณภาพในเวลาจริงในสายการผลิตพอลิมเมอร์

อนาคตของ DSC: การวิเคราะห์ข้อมูลที่เสริมสร้างด้วย AI และการบูรณาการกับแพลตฟอร์มหลายแบบ

ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านการเรียนรู้เครื่องจักร ทําให้อัลการิทึมที่ฝึกหัดจากข้อมูลความร้อน สามารถคาดการณ์ว่าวัสดุจะลดลงอย่างไรตามเวลา ด้วยความแม่นยําที่น่าประทับใจประมาณ 92% ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารว ระบบวิเคราะห์ใหม่ๆ กําลังรวมเทคนิคต่างๆ เช่น การวัดความร้อนแบบสแกนความแตกต่าง (DSC) การวิเคราะห์เทอร์โมแกรวีเมตร (TGA) และการวัดความร้อนแบบสเปคตรอสโครป์อินฟราเรดแบบแปลงฟูเรีย (FT การนําวิธีการเหล่านี้เข้าด้วยกัน สร้างรูปแบบที่ครบถ้วน ที่จับได้ไม่เพียงแค่การเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับความร้อน แต่ยังมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและคุณสมบัติทางกลด้วย เมื่อมองไปข้างหน้า ผู้มีส่วนร่วมในอุตสาหกรรมรายงานว่า ห้องทดลองเกือบ 7 ใน 10 มีความตั้งใจที่จะนําเสนอแพลตฟอร์ม DSC ที่เพิ่มความสามารถของ AI มาใช้ในช่วงสองสามปีข้างหน้า ตามการสํารวจตลาดล่าสุดที่ดําเนินการในหลายภาค

คำถามที่พบบ่อย

วัสดุอะไรที่สามารถทดสอบด้วย DSC?

DSC ใช้ในการทดสอบพอลิมเมอร์, โลหะ, สารสกัด, ยา, และสารประกอบขนาดเล็ก

การวัด DSC ถูกต้องแค่ไหน?

การวัด DSC สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงการไหลของความร้อนได้ถึง 0.1 ไมโครวัตต์ โดยมีขอบความผิดพลาด บวกหรือลบครึ่งองศาเซลเซียส เมื่อปรับขนาดถูกต้อง

ทําไม DSC จึงสําคัญในการพัฒนายา?

DSC ช่วยในการตรวจพบรูปแบบพอลิมอร์ฟิคต่าง ๆ ของสารประกอบยา, เร่งการทดสอบความสอดคล้องและคาดการณ์อายุการใช้งานอย่างแม่นยํา

DSC มีบทบาทอะไรในการแปรรูปโลหะในอุตสาหกรรม?

DSC ช่วยวัดพลังงานที่จําเป็นในการกระบวนการหลอม ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับอุตสาหกรรมการโยนและการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อรับรองคุณภาพสินค้าและความสมบูรณ์แบบของโครงสร้าง