calorimetría diferencial de barrido

5/9/2018 Calorimetr a diferencial de barrido - slidepdf.com

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Calorimetría diferencial de barrido o DSC es una técnica thermoanalytical en el que la diferencia en la

cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de la muestra y de referencia se determina en

función de la temperatura. Tanto la muestra y la referencia se mantienen a temperatura casi el mismo durante

todo el experimento. En general, el programa de temperatura para un análisis DSC es diseñado de forma que

la temperatura del titular de la muestra aumenta linealmente en función del tiempo. La muestra de referencia

debe tener unacapacidad calorífica bien definida en el rango de temperaturas que va a escanear.

La principal aplicación del CAD es en el estudio de transiciones de fase, como el deshielo, las transiciones de

cristal, o descomposición exotérmica. Estas transiciones implican cambios de energía o el cambio de

capacidad de calor que puede ser detectado por DSC con gran sensibilidad.

La técnica fue desarrollada por ES Watson y MJ O'Neill en 1960 [1], y se introdujo comercialmente en la

Conferencia de 1963 en Pittsburgh, Química Analítica y Espectroscopía Aplicada. El término DSC fue

acuñado para describir este instrumento que mide la energía directamente y permite mediciones precisas de la

capacidad de calor [2].

Detección de transiciones de fase

El principio fundamental de esta técnica es que, cuando la muestra experimenta una transformación física,

tales como transiciones de fase, el calor más o menos tendrá que fluyen hacia él que la referencia para

mantener ambas a la misma temperatura. Ya sea que el calor más o menos debe fluir a la muestra depende de

si el proceso es exotérmico o endotérmico. Por ejemplo, como una muestra sólida se derrite a un líquido que

será necesario que fluya más calor a la muestra para aumentar su temperatura a la misma velocidad que la de

referencia. Esto es debido a la absorción de calor por la muestra, ya que se somete a la transición de

fase endotérmica de sólido a líquido. Del mismo modo, cuando la muestra experimenta procesos exotérmicos

(tales como la cristalización) se requiere menos calor para elevar la temperatura de la muestra. Al observar la

diferencia en el flujo de calor entre la muestra y la referencia, los calorímetros de exploración son capaces de

medir la cantidad de calor absorbido o liberado durante tales transiciones. DSC también puede ser utilizado

para observar cambios de fase más sutiles, como las transiciones de vidrio. es ampliamente utilizado en

entornos industriales como instrumento de control de calidad debido a su aplicabilidad en la evaluación de la

pureza de la muestra y para el estudio de polímero de curado. [3] [4] [5]

[Editar]DTA

Una técnica alternativa, que comparte mucho en común con DSC, es el análisis térmico diferencial (DTA). En

esta técnica es el flujo de calor a la muestra y la referencia que sigue siendo el mismo lugar de la

temperatura. Cuando la muestra de referencia y se calientan de forma idéntica los cambios de fase y de otros

procesos térmicos causar una diferencia de temperatura entre la muestra y de referencia. Ambos DSC y DTA



proporcionar información similar y DTA moderno desarrollado a partir de la DTA Boersma, que utilizó por

primera vez una furence con termopares fijos. Muchos DTA comercial moderna se llama flujo de calor DSC.

[Editar]DSC curvas

El resultado de un experimento de DSC es una curva de flujo de calor frente a la temperatura o en función del

tiempo. Hay dos convenios diferentes: las reacciones exotérmicas en el ejemplo que se muestra con un pico

positivo o negativo, depende de los diferentes tipos de tecnología utilizada por la instrumentación de hacer el

experimento. Esta curva puede ser usada para calcular entalpías de las transiciones.Esto se realiza mediante la

integración del pico correspondiente a una transición dada. Se puede demostrar que la entalpía de la transición

se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

H = K A

donde H es la entalpía de la transición, K es la constante calorimétrica, y A es el área bajo la curva. El

calorimétricas constante puede variar de un instrumento a otro, y se puede determinar mediante el análisis de

una muestra bien caracterizada con entalpías conocido de la transición. [4]

[Editar]Aplicaciones

Figura 3. Una curva de DSC esquemática que demuestra la aparición de varias características comunes

Calorimetría diferencial de barrido se puede utilizar para medir una serie de propiedades características de una

muestra. Usando esta técnica es posible observar la fusión y los acontecimientos de cristalización, así como

las temperaturas de transición vítrea (T g). DSC también puede ser usado para estudiar la oxidación, así como

de otras reacciones químicas. [6] [3] [4] [5]



Transiciones de vidrio se puede presentar como la temperatura de un aumento es amorfo sólido. Estas

transiciones aparecen como un paso en la línea de base de la señal DSC registrado. Esto se debe a la muestra,

pasando por uncambio en la capacidad calorífica, sin cambio de fase formal se produce. [3] [5]

A medida que aumenta la temperatura, un sólido amorfo será menos viscosa.En algún momento las moléculas

pueden obtener la suficiente libertad de movimiento de forma espontánea se organizan en una forma

cristalina. Esto se conoce como la temperatura de cristalización (T c). Esta transición de sólido amorfo a

sólido cristalino es un proceso exotérmico, y los resultados en un pico en la señal de DSC. Como la

temperatura aumenta la muestra finalmente llega a su temperatura de fusión (Tm). Los resultados de proceso

de fusión en un pico endotérmico en la curva de DSC. La capacidad de determinar las temperaturas de

transición y entalpías DSC hace una herramienta invaluable en la elaboración de diagramas de fase para los

sistemas químicos. [3]

Figura 4. Arriba: Una curva de DSC esquemática de la cantidad de entrada de energía (y) necesario para mantener la temperatura

de cada uno (x), escaneado a través de una gama de temperaturas.Abajo: normalizados curvas de ajuste de la capacidad inicial de

calor como la de referencia.Búfer de base de referencia de amortiguamiento (discontinua) y la proteína variación de

amortiguamiento (sólido).

Archivo: 2and3stateDSCcurves.png

Figura 5. Normalizados DSC curvas utilizando la línea de base como la referencia (a la izquierda), y las fracciones de cada estado

de conformación (y) existentes en cada temperatura (derecha), para dos estados (arriba), y tres del estado (abajo) de proteínas.

[Editar]Ejemplos



La técnica es ampliamente utilizada en una amplia gama de aplicaciones, tanto como una prueba de calidad de

rutina y como una herramienta de investigación. El equipo es fácil de calibrar, utilizando indio de fusión bajo,

por ejemplo, y es un método rápido y fiable de análisis térmico.

[Editar]Los cristales líquidos

Dsc es utilizado en el estudio de cristales líquidos. Como algunas formas de la materia van de sólido a líquido

pasan a través de un tercer Estado, que muestra las propiedades de ambas fases. Este líquido anisotrópico es

conocido como un estado cristalino o mesomorfia líquido.Uso de DSC, es posible observar los cambios de

energía que se producen como pequeñas transiciones materia de sólido a líquido y un cristal de un cristal

líquido con un líquidoisotrópico. [4]

[Editar]estabilidad oxidativa

Uso de calorimetría diferencial de barrido para estudiar la estabilidad a la oxidación de las muestras en

general, requiere de una cámara de la muestra hermético. Por lo general, estas pruebas se realizan isotérmica

(a temperatura constante) al cambiar la atmósfera de la muestra. En primer lugar, la muestra es llevada a la

temperatura de ensayo deseada bajo una atmósfera inerte, generalmente nitrógeno. Entonces, el oxígeno es

añadido al sistema.Cualquier oxidación que ocurre es observado como una desviación en la línea de

base. Este análisis se puede utilizar para determinar la estabilidad y condiciones óptimas de almacenamiento

para un material o compuesto. [3]

[Editar]Seguridad de detección

DSC hace una razonable inicial de la herramienta de detección de seguridad. En este modo, la muestra se

encuentra en un crisol no reactivo (a menudo el oro, acero cromado o dorado), y que será capaz de resistir la

presión (normalmente de hasta 100 bar). La presencia de un evento exotérmica se pueden utilizar para evaluar

la estabilidad de una sustancia al calor.Sin embargo, debido a una combinación de sensibilidad relativamente

pobres, más lento de lo normal velocidades de barrido (de unos 2-3 ° C / min - debido al crisol mucho más

pesados) y la energía de activación desconocido, es necesario deducir acerca de 75-100 ° C de la inicial inicio

de la reacción exotérmica observado que sugieren una temperatura máxima para el material. Una información

precisa mucho más conjunto puede obtenerse mediante un calorímetro adiabático, pero esa prueba puede

tomar de 2-3 días a partir de ambiente a un ritmo de un incremento de 3 ° C por media hora.

[Editar] Elanálisis de drogas

DSC es ampliamente utilizado en la farmacéutica y la industria de polímeros. Para el químico de polímeros,

DSC es una herramienta muy útil para el estudio de los procesos de curación, que permite el ajuste fino de las

propiedades de polímeros. El entrecruzamiento de moléculas de polímero que se produce en el proceso de

curación es exotérmica, dando lugar a un pico positivo en la curva de DSC que suele aparecer poco después

de la transición vítrea. [3] [4] [5]



En la industria farmacéutica, es necesario tener bien caracterizado compuestos de drogas a fin de definir los

parámetros de procesamiento.Por ejemplo, si es necesario desarrollar un medicamento en forma amorfa, es

conveniente para procesar la droga a temperaturas inferiores a los de cristalización que puede ocurrir. [4]

[Editar]Análisis de química general

Depresión del punto de congelación, también puede ser utilizado como una herramienta de análisis de

pureza cuando se analiza por calorimetría diferencial de barrido. [7] Los resultados obtenidos son en mol%,

pero el método tiene su lugar, donde otros métodos de análisis no.

[Editar]Ciencia de Alimentos

En la investigación de Ciencias de la Alimentación, DSC se utiliza en conjunción con

otras técnicas termales de análisis para determinar la dinámica del agua. Los cambios en la distribución del

agua puede estar relacionada con cambios en la textura. Similar a los estudios de ciencia de los materiales, los

efectos de la curación de los productos de confitería también pueden ser analizados.

[Editar]Polímeros

DSC se utiliza ampliamente para el examen de los polímeros, para comprobar su composición. Puntos de

fusión y temperatura de transición vítrea para la mayoría de los polímeros están disponibles en estándar de

compilaciones, y el método puede aparecer degradación de polímeros posible por el descenso del punto de

fusión se esperaba, T m, por ejemplo . T m depende del peso molecular del polímero, para los grados más

bajos tienen puntos de fusión más bajo de lo esperado. También puede ser utilizado para evaluar la droga y la

pureza de polímeros. Esto es posible porque el rango de temperatura sobre la que una mezcla de compuestos

se derrite depende de sus cantidades relativas. Este efecto se debe a un fenómeno conocido como la depresión

del punto de congelación, que se produce cuando un extranjero soluto se agrega a unasolución. (Disminución

del punto de congelación es lo que permite que la sal para el hielo de las aceras y anticongelante para

mantener su auto en marcha en el invierno.) En consecuencia, menos puro compuestos se presentan un pico

de fusión ampliado que se inicia a temperatura inferior a un compuesto puro. [4] [ 5]

[Editar]Metales

En los últimos años esta tecnología ha estado involucrado en el estudio de materiales metálicos. La

caracterización de este tipo de material con DSC no es fácil, sin embargo, debido a la escasa cantidad de

literatura sobre el tema. Se sabe que es posible utilizar DSC para encontrar solidus y temperatura liquidus de

una aleación de metal, pero la aplicación más amplia es, por ahora, el estudio de las precipitaciones, Guiner

zonas Preston, transiciones de fase, movimiento de dislocaciones, el crecimiento del grano, etc

El DSC también puede ser utilizado para averiguar el porcentaje de cristalinidad de la muestra utilizando el

calor absorbido por la muestra.

calorimetría diferencial de barrido

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