ماذا تعني Dsc؟

حساس المسح الضوئي التفاضلي ، أو المسعر المسحوق التفاضلي。

المسعر التفاضلي للمسح التفاضلي ، أو DSC ، هو تقنية تحليلية تحليلية يتم فيها قياس الفرق في كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة العينة ويتم قياس المرجع كدالة للحرارة. يتم الحفاظ على كل من العينة والمرجع عند نفس درجة الحرارة تقريبًا خلال التجربة. بشكل عام ، تم تصميم برنامج درجة الحرارة لتحليل DSC بحيث تزيد درجة حرارة حامل العينة خطياً كدالة للوقت. يجب أن تحتوي العينة المرجعية على سعة حرارية محددة بشكل جيد على مدى درجات الحرارة المراد فحصها.

تم تطوير هذه التقنية من قبل E. S. Watson و M. J. O'Neill في عام 1962 ، [1] وقدمت تجاريا في مؤتمر Pittsburgh لعام 1963 حول الكيمياء التحليلية والنظرية التطبيقية. تم تطوير أول مسعر ضوئي مسحوب تفاضلي يمكن استخدامه في الكيمياء الحيوية من قبل P. L. Privalov و D. R. Monaselidze في عام 1964 في معهد الفيزياء في تبليسي ، جورجيا. [2] وقد صاغ مصطلح DSC لوصف هذا الصك ، الذي يقيس الطاقة مباشرة ويسمح بقياسات دقيقة للحرارة. [3]

الكشف عن التحولات المرحلة

والمبدأ الأساسي الكامن وراء هذه التقنية هو أنه عندما تخضع العينة لتحول مادي مثل انتقال الطور ، فإن الحرارة إلى حد ما تحتاج إلى التدفق إليها أكثر من الإشارة للمحافظة على نفس درجة الحرارة. يعتمد ما إذا كانت الحرارة يجب أن تتدفق إلى العينة أم لا تعتمد على ما إذا كانت العملية طاردة للحرارة أو ماصة للحرارة. على سبيل المثال ، عندما تذوب عينة صلبة إلى سائل ، فإنها ستتطلب المزيد من الحرارة المتدفقة إلى العينة لزيادة درجة حرارتها بنفس المعدل كمرجع. ويرجع ذلك إلى امتصاص الحرارة من العينة لأنها تمر بمرحلة انتقال ماصة للحرارة من صلب إلى سائل. وبالمثل ، حيث أن العينة تمر بعمليات طاردة للحرارة (مثل التبلور) ، يجب تقليل الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة العينة. من خلال ملاحظة الفرق في تدفق الحرارة بين العينة والمرجع ، فإن المسعرات المسعرية التفاضلية تكون قادرة على قياس كمية الحرارة الممتصة أو التي تم إطلاقها خلال مثل هذه التحولات. كما يمكن استخدام DSC لمراقبة التغيرات الفيزيائية الدقيقة ، مثل انتقالات الزجاج. يستخدم على نطاق واسع في الأوساط الصناعية كأداة لمراقبة الجودة بسبب قابليته للتطبيق في تقييم نقاء العينة ودراسة علاج البوليمر. [4] [5] [6]

DTA

تقنية بديلة ، تشترك في الكثير من القواسم المشتركة مع DSC ، هي التحليل الحراري التفاضلي (DTA). في هذه التقنية ، يكون تدفق الحرارة للعينة والإشارة التي تبقى هي نفسها بدلاً من درجة الحرارة. عندما يتم تسخين العينة والمرجع بشكل متماثل ، تؤدي تغيرات الطور والعمليات الحرارية الأخرى إلى اختلاف في درجة الحرارة بين العينة والمرجع. يوفر كل من DSC و DTA معلومات مماثلة. يقيس DSC الطاقة اللازمة للحفاظ على كل من المرجع والعينة في نفس درجة الحرارة في حين يقيس DTA الفرق في درجة الحرارة بين العينة والمرجع عند إدخال نفس المقدار من الطاقة في كليهما.

منحنيات DSC

أعلى الصفحة: منحنى DSC تخطيطي لكمية مدخلات الطاقة (y) المطلوبة للحفاظ على كل درجة حرارة (x) ، مسح ضوئي عبر مجموعة من درجات الحرارة. أسفل: منحنيات تطبيع تعيين السعة الحرارية الأولية كمرجع. خط الأساس العازلة المؤقت (متقطع) والتباين العازلة للبروتين (صلب).

منحنيات DSC تطبيعية باستخدام خط الأساس كمرجع (يسار) ، وجزيئات كل حالة من حالات التوافق (y) الموجودة عند كل درجة حرارة (يمين) ، من أجل بروتين الدولتين (أعلى) ، وثلاثية الحالة (السفلية). لاحظ التوسّع الضئيل في ذروة المنحنى DSC للبروتين ذي الثلاث حالات ، والذي قد يبدو أو لا يبدو مهمًا من الناحية الإحصائية للعين المجردة.

نتيجة تجربة DSC هي منحنى تدفق الحرارة مقابل درجة الحرارة أو مقابل الوقت. هناك نوعان من الاتفاقيات المختلفة: التفاعلات الطاردة للحرارة في العينة الموضحة مع ذروة موجبة أو سالبة ، اعتمادًا على نوع التقنية المستخدمة في التجربة. يمكن استخدام هذا المنحنى لحساب استحقاقات التحولات. يتم ذلك عن طريق دمج الذروة المقابلة لعملية انتقال محددة. يمكن إثبات أن المحتوى الحراري للانتقال يمكن التعبير عنه باستخدام المعادلة التالية:

حيث Delta H هو المحتوى الحراري للانتقال ، K هو الثابت المسعر ، و هي المنطقة الواقعة تحت المنحنى. يختلف ثابت الكالوريمتري من أداة لأداة ، ويمكن تحديده من خلال تحليل عينة مميزة بشكل جيد مع استنباتات انتقالية معروفة. [5]

تطبيقات

يمكن استخدام المسعر التفريقي للمسح الضوئي لقياس عدد الخصائص المميزة للعينة. باستخدام هذه التقنية ، من الممكن ملاحظة أحداث الاندماج والبلورة وكذلك درجات حرارة انتقال الزجاج Tg. يمكن أيضًا استخدام DSC لدراسة الأكسدة ، بالإضافة إلى التفاعلات الكيميائية الأخرى. [4] [5] [7]

قد تحدث التحولات الزجاجية مع زيادة درجة حرارة المادة الصلبة غير المتبلورة. وتظهر هذه التحولات كخطوة في خط الأساس للإشارة DSC المسجلة. ويرجع ذلك إلى العينة التي تشهد تغيرًا في السعة الحرارية ؛ لا يحدث أي تغيير رسمي في المرحلة. [4] [6]

كلما زادت درجة الحرارة ، تصبح المادة الصلبة غير المتبلورة أقل لزوجة. في مرحلة ما ، قد تحصل الجزيئات على حرية حركة كافية لترتيب نفسها تلقائيًا في شكل بلوري. هذا هو المعروف باسم درجة حرارة التبلور (Tc). هذا الانتقال من صلب غير متبلور إلى صلب متبلور هو عملية طاردة للحرارة ، وينتج عنه ذروة في إشارة DSC. مع زيادة درجة الحرارة تصل العينة في النهاية إلى درجة حرارة الانصهار (Tm). ينتج عن عملية الذوبان ذروة ماصة للحرارة في منحنى DSC. تجعل القدرة على تحديد درجات حرارة وانتقال المهن الانتقائية من DSC أداة قيمة في إنتاج مخططات طورية للأنظمة الكيميائية المختلفة. [4]

أمثلة

تستخدم هذه التقنية على نطاق واسع عبر مجموعة من التطبيقات ، سواء في اختبار الجودة الروتينية أو كأداة بحث. من السهل معايرة المعدات ، باستخدام إنديوم منخفض عند درجة حرارة 156.5985 درجة مئوية على سبيل المثال ، وهي طريقة سريعة وموثوقة للتحليل الحراري.

البوليمرات

يستخدم DSC على نطاق واسع لفحص المواد البوليمرية لتحديد انتقالاتها الحرارية. يمكن استخدام التحولات الحرارية المرصودة لمقارنة المواد ، على الرغم من أن التحولات لا تحدد التكوين بشكل فريد. قد يتم الانتهاء من تكوين مواد غير معروفة باستخدام تقنيات تكميلية مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء. تتوافر نقاط انصهار ودرجات حرارة انتقال زجاجية لمعظم البوليمرات من مجموعات قياسية ، ويمكن للطريقة أن تظهر تدهور البوليمر عن طريق خفض نقطة الانصهار المتوقعة ، Tm ، على سبيل المثال. تعتمد Tm على الوزن الجزيئي للبوليمر والتاريخ الحراري ، لذلك قد تحتوي الدرجات المنخفضة على درجات انصهار أقل من المتوقع. يمكن تقدير المحتوى المتبلور في النسبة المئوية للبوليمر من قمم التبلور / الذوبان على الرسم البياني DSC ، حيث يمكن العثور على درجات مرجعية للانصهار في الأدبيات. [8] ويمكن أيضاً استعمال DSC لدراسة التدهور الحراري للبوليمرات باستخدام نهج مثل درجة حرارة التأكسد / الزمن (OOT) التأكسدي ، ومع ذلك ، فإن المستخدم يخاطر بتلوث خلية DSC ، التي يمكن أن تسبب مشاكل. قد يكون التحليل الحراري (TGA) أكثر فائدة في تحديد سلوك التحلل. يمكن تحديد الشوائب في البوليمرات عن طريق فحص الصور الحرارية للقمم الشاذة ، ويمكن اكتشاف البلاستيسين عند نقاط غليانها المميزة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لفحص الأحداث الثانوية في بيانات تحليل الحرارة الحرارية الأولى أن يكون مفيدا لأن هذه "الذرى الشاذة" الظاهرة في الواقع يمكن أن تكون في الواقع تمثيلية للتاريخ الحراري للتخزين أو المادة للشيخوخة المادية للبوليمر. يمكن لمقارنة البيانات الحرارية الأولى والثانية التي تم جمعها بمعدلات تسخين ثابتة أن تسمح للمحلل بالتعرف على كل من تاريخ معالجة البوليمر وخصائص المادة.

البلورات السائلة

يستخدم DSC في دراسة البلورات السائلة. ومع انتقال بعض أشكال المادة من مادة صلبة إلى سائلة ، فإنها تمر بحالة ثالثة ، تعرض خصائص كلا المرحلتين. يعرف هذا السائل متباين الخواص بأنه حالة بلورية سائلة أو mesomorphous. باستخدام DSC ، من الممكن ملاحظة تغيرات الطاقة الصغيرة التي تحدث أثناء انتقال المادة من صلبة إلى بلورة سائلة ومن بلورة سائلة إلى سائل متناحي. [5]

الاستقرار التأكسدي

استخدام المسعر الضوئي التفريقي لدراسة الاستقرار للأكسدة من العينات يتطلب عادة غرفة عينة محكم. عادة ، يتم إجراء مثل هذه الاختبارات بشكل متساوي الحرارة (عند درجة حرارة ثابتة) عن طريق تغيير الغلاف الجوي للعينة. أولا ، يتم إحضار العينة إلى درجة حرارة الاختبار المطلوبة تحت جو خامل ، وعادة ما يكون النيتروجين. ثم ، يتم إضافة الأكسجين إلى النظام. يتم ملاحظة أي أكسدة تحدث كإنحراف في خط الأساس. يمكن استخدام هذا التحليل لتحديد الاستقرار وظروف التخزين المثلى لمادة أو مركب. [4]

فحص السلامة

يوفر DSC أداة أولية معقولة لفحص السلامة. في هذا الوضع ، سيتم وضع العينة في بوتقة غير تفاعلية (غالباً من الفولاذ المطلي بالذهب أو الذهب) ، والتي ستكون قادرة على تحمل الضغط (عادةً ما يصل إلى 100 بار). يمكن عندئذ استخدام وجود حدث طارد للحرارة لتقييم استقرار مادة ما للحرارة. ومع ذلك ، ونظراً لمزيج من حساسية ضعيفة نسبيًا وبطء أبطأ من معدلات الفحص العادية (عادة 2-3-3 درجة مئوية / دقيقة ، نظرًا لارتفاع بوتقة أثقل) وطاقة التنشيط غير المعروفة ، فمن الضروري استقطاع حوالي 75- 100 درجة مئوية من بداية الأولي من exotherm الملاحظة إلى اقتراح درجة حرارة قصوى للمادة. يمكن الحصول على مجموعة بيانات أكثر دقة من المسعر الحراري ، ولكن هذا الاختبار قد يستغرق 2-3 أيام من المحيط بمعدل 3 درجات مئوية لكل نصف ساعة.

تحليل المخدرات

يستخدم على نطاق واسع DSC في الصناعات الصيدلانية والبوليمر. بالنسبة للكيميائي البوليمر ، DSC هو أداة مفيدة لدراسة عمليات المعالجة ، والتي تسمح بضبط خصائص البوليمر. يكون الارتباط المتقاطع لجزيئات البوليمر التي تحدث في عملية المعالجة طارداً للحرارة ، مما ينتج عنه ذروة سلبية في منحنى DSC الذي يظهر عادةً بعد فترة قصيرة من انتقال الزجاج. [4] [5] [6]

في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، من الضروري الحصول على مركبات دوائية مميزة لتحديد معاملات المعالجة. على سبيل المثال ، إذا كان من الضروري تسليم عقار في شكل غير متبلور ، فمن المستحسن معالجة الدواء عند درجات حرارة أقل من تلك التي يمكن أن يحدث فيها التبلور. [5]

التحليل الكيميائي العام

ويمكن استخدام الاكتئاب نقطة التجمد كأداة تحليل نقاء عند تحليلها عن طريق المسعر التفريقي المسعر. وهذا ممكن لأن نطاق درجة الحرارة الذي يذوب خليط من المركبات يعتمد على كمياتها النسبية. وبالتالي ، فإن المركبات الأقل نقاء سوف تظهر ذروة ذوبان موسعة تبدأ عند درجة حرارة أقل من مركب نقي. [5] [6]

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة