¿Qué es la calorimetría de escaneo diferencial?
ZL-3047A Calorimetría de escaneo diferencial (DSC) es una técnica analítica utilizada para medir el calor liberado o absorbido por una muestra durante el calentamiento o enfriamiento en un rango de temperatura específico. Además de caracterizar las propiedades térmicas de los materiales, también se emplea DSC para determinar las temperaturas en las que ocurren transiciones de fase específicas, incluidas las temperatura de transición de vidrio, la fusión y los eventos de cristalización.
Para realizar un experimento de calorimetría de exploración diferencial, se requiere un instrumento que pueda proporcionar el rango de temperatura necesario para las pruebas y monitorear con precisión los cambios de temperatura y flujo de calor.
Ainstrumento DSC de flujo de calorconsiste en un horno donde se colocan la muestra y el material de referencia. La muestra está encapsulada en una sartén de metal (típicamente aluminio), mientras que la referencia suele ser una sartén vacía. El horno se calienta o se enfría, y las características del flujo de calor se observan a medida que varían con la temperatura. La información cuantitativa del flujo de calor se puede determinar a partir de la diferencia de temperatura medida entre la muestra y la referencia.
Después de toda esta charla técnica, es posible que aún se pregunte, ¿qué es exactamente DSC? Hoy, descoméalo en lenguaje sencillo para comprender su principio central.
En otras palabras, el instrumento DSC contiene dos sartenes en el interior:
• Uno sostiene su muestra
• Mientras que el otro tiene un"Material de referencia"(Típicamente un crisol inerte y vacío que no sufre cambios térmicos).
He aquí por qué:
Imagina que estás cocinando y quieres detectar si algo en la sartén estácambio(como chocar un bistec). Tienes:
Pane: Contiene su muestra (por ejemplo, un bistec)
Pan B: Vacío (solo la sartén)
Te calientas las dos sartenesidénticamenteen estufas separadas pero idénticas.
Si solo monitorea la bandeja A:
Ves que su temperatura aumenta, peroNo puedo decir:
¿La sartén en sí está absorbiendo el calor?
¿La cocción del bistec (reacción endotérmica)?
¿O es solo la fluctuación de potencia de la estufa?
→¡No aprendes nada sobre el comportamiento del bistec!
Pero si compara Pan A vs. Pan B:
Cuando se calienta una panMás lento(Debido a que el filete absorbe el fuego para cocinar) Mientras que la sartén B se calienta normalmente → te das cuenta:
"¡Ajá! ¡Algo en la sartén A está absorbiendo el calor, está experimentando un cambio físico (como derretir o transición de vidrio)!"
Este es el principio "diferencial":
No estas midiendocalor absoluto en la sartén a—Arriz de rastrear eldiferencia de flujo de calorentre Pan A y Pan B.
Tipo de material | Aplicaciones principales de DSC | Parámetros comunes |
Fibras (por ejemplo, poliéster, fibras de nylon) |
- Analizar el comportamiento de cristalización (cristalinidad) - Evaluar la adecuación del tratamiento térmico/procesos posteriores a la gestión -Verifique la consistencia por lotes a lotes |
TG, TM, pico de cristalización en frío, cristalinidad |
Películas (por ejemplo, Bopp, Pet Films) |
- Estudie las diferencias de comportamiento térmico antes/después del estiramiento biaxial - Analizar la distribución del punto de fusión (detectar fases polimórficas) - Investigar la relación entre la sellabilidad del calor y la cristalinidad |
TG, TM, cristalinidad, ancho de pico de fusión |
Plásticos generales (por ejemplo, PP, PE, ABS) |
- Determinar la relación cristalina/amorfa - Identificar tipos de materias primas (TG/TM como "huellas digitales") - Evaluar los efectos de mezcla/modificación |
TG, TM, ΔH (fusión), ΔH (cristalización) |
Adhesivos (por ejemplo, epoxi, pur) |
- Evaluar el grado de reacción/curado - Analizar la densidad del enlace cruzado - distinguir los tipos termoplásticos versus reactivos - Medir TG para predecir el rango de temperatura del servicio |
TG, pico exotérmico, calor de reacción residual |
Goma (EG, EPDM, SBR, Silicona) |
- Correlacione TG con un rendimiento dinámico - Evaluar los cambios de densidad de reticulación cruzada |
TG, TG Shift, Efectos de la historia térmica |
La siguiente figura es una curva DSC típica que muestra cuatro tipos de transiciones:
El coeficiente de temperatura es →
Ⅰ Para una transición secundaria, es un cambio en la línea de base horizontal
ⅡPara el pico de absorción de calor, es causado por la transición de fusión o fusión de la muestra de prueba
ⅢPara el pico de absorción de calor, es causado por la descomposición o la reacción de escisión de la muestra de prueba
Ⅳ es el pico exotérmico, que es el resultado de la transición de fase cristalina de muestra
Interpretación de los ejes de gráficos DSC
Eje X (eje horizontal)
Representa: Temperatura
Unidad: Grados Celsius (° C)
Explicación: Sencillo: muestra la rampa de temperatura durante la calefacción/enfriamiento.
Eje y (eje vertical)
Representa:Flujo de calor(también llamadoPotencia de calor)
Unidad: Miliwatts (MW)
Explicación clave:
El eje y lo hacenoMostrar temperatura o energía total.
Mide eldiferencia de flujo de calorentre la muestra y la sartén de referencia para mantener la misma velocidad de calentamiento.
Ejemplo:
Si el DSC leeFlujo de calor = 8 MW, significa:
La muestra escalor absorbente(endotérmico).
El instrumento está suministrando0.008 j/s extraa la muestra (vs. referencia) para mantener ambos calefacción a la misma velocidad.
Pendiente (tasa de cambio de flujo de calor)
Definición: Qué tan rápido cambia el flujo de calor por unidad de temperatura/tiempo.
Interpretación:
Pendiente ascendente más empinada→ La absorción de calor se acelera (por ejemplo, fusión repentina).
Pendiente más plana→ El flujo de calor cambia gradualmente.
Pendiente más empinada→ La liberación de calor está aumentando (por ejemplo, comienza la reacción exotérmica).
Nota:La dirección "positiva" o "negativa" de los picos en una curva DSC no es absoluta, depende del instrumentoConfiguración de dirección de flujo de calor.
Algunos de los estándares internacionales con los que cumple DSC son los siguientes.
Estándar No. | Alcance de la aplicación | Contenido clave |
ISO 11357 | Prueba de DSC de plásticos | Transición de vidrio (TG), fusión (TM), cristalización, estabilidad oxidativa |
ASTM E967 | Calibración de temperatura de DSC | Calibración de temperatura utilizando materiales de referencia (p. Ej., Indium, zinc) |
ASTM E968 | Calibración de flujo de calor DSC | Calibración de la señal de flujo de calor a través de la entalpía de fusión |
Jis K 7121 | Estándar industrial japonés (equivalente a ISO 11357) | Métodos básicos para el análisis térmico de plásticos |
Normas específicas de material
Polímeros
ISO 11357-3: Medición de cristalinidad
ASTM D3418: Temperatura y entalpía de fusión/cristalización
ASTM D7426: Análisis de goma TG
Farmacéuticos
USP <891>: Validación de análisis térmico
ICH Q6A: Detección de polimorfos (DSC es el método principal)
Rieles
ASTM E794: Determinación del punto de fusión del metal
ISO 17851: Comportamiento de oxidación
Métodos especializados
Estándar | Tipo de prueba | Ejemplo de aplicación |
---|---|---|
ISO 11357-6 | Tiempo de inducción de oxidación (OIT) | Estabilidad de la tubería de polietileno |
ASTM D3895 | Prueba de poliolefina OIT | Efectividad aditiva |
ISO 11357-4 | Medición de la capacidad de calor | Materiales compuestos |
Calibración y validación
ISO 11357-1: Calibración básica de DSC
ASTM E2716: Procedimientos de validación de datos
NIST SRM 720: Estándar de la capacidad de calor del zafiro
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