ДСК та ТГ аналіз

Диференціальна скануюча калориметрія (ДСК, DSC) – ефективний метод аналізу органічних та неорганічних речовин. Використовується в різних галузях для контролю якості сировини, напівфабрикатів та готової продукції. Забір зразків здійснюють на виробничих лініях та складах, при купівлі-продажу матеріалів та проведенні судових експертиз.

Основи технології

Основне аналітичне обладнання – диференціальний скануючий калориметр. В апарат з тугоплавкими, хімічно інертними тиглями завантажують навішення матеріалу, що досліджується.

• вимірювати температуру склування, плавлення та кристалізації;
• аналізувати кінетику затвердіння та розм'якшення;
• дослідити процеси випаровування та окислення.

Побудовані за допомогою приладу графіки дають цінну інформацію про стан речовин при певній температурі, у тому числі в динаміці, нагріванні або охолодженні із заданою швидкістю. Ендо- та екзотермічні фазові переходи представлені у зручному для дослідження та копіювання вигляді.

До ДБК близькі такі методи, як визначення теплоти згоряння та термогравіметричний аналіз (ТГА). Ці найбільш популярні та результативні методи термічного аналізу технічно пов'язані між собою. Ми проводимо їх у сучасній лабораторії, на точному високотехнологічному обладнанні. При термогравіметрії вимірюють вагу зразка, що нагрівається. Зменшення маси пов'язане з розкладанням або випаровуванням матеріалу, збільшення буває результатом окислення киснем повітря. При приєднанні відповідних аналізаторів - мас-спектрометра та ІЧ-спектрометра, можливе паралельне дослідження газів, що виділяються.

Практичне застосування ДСК, теплоти згоряння та ТГА

У досвідчених фахівців аналіз зразків займає небагато часу. Швидко отримані дані дозволяють вчасно ухвалити рішення про закупівлю, визначити придатність товару для постачання, змінити виробничі процеси. Всі ці дії спричиняють пряму комерційну вигоду, або відсутність збитків та претензій з боку клієнтів.

Теплова аналітика затребувана у фармацевтиці, органічній хімії та нафтохімії, у виробництві скла та полімерів. За її допомогою перевіряють справжність медичних препаратів, дотримання санітарно-гігієнічних норм. Можна досліджувати легкоплавкі мінерали, метали та сплави, включаючи антикварні вироби.

Отримана інформація свідчить про чистоту або забруднення матеріалів, їхню придатність до подальшого використання. Стають очевидними навмисні фальсифікації та випадкові порушення технології. Особливу цінність становлять ДСК, визначення теплоти згоряння і ТГА щодо високомолекулярних речовин зі складною структурою, коли застосування інших методик утруднено.

Далі подано перелік типових завдань, які вирішуються методом ДСК та ТДА.

Визначення складу

ГОСТ 19920.13-74 Каучуки синтетичні стереорегулярні бутадієнові. Метод визначення масової частки технічного вуглецю. Цей стандарт поширюється на бутадієнові стереорегулярні синтетичні каучуки та встановлює методи визначення масової частки технічного вуглецю в них

ГОСТ 27980-88 Добрива органічні. Методи визначення органічної речовини. Цей стандарт поширюється на органічні добрива та встановлює термогравіметричний, інфрачервоний та оксидиметричний методи визначення масової частки органічної речовини.

ГОСТ 29127-91 Пластмаси.Термогравіметричний аналіз полімерів. Метод сканування за температурою. Цей стандарт встановлює основні умови для виконання термогравіметричних вимірювань полімерів. Цей стандарт поширюється на полімери у порошкоподібній формі та на відформовані вироби, з яких може бути вирізаний зразок відповідних розмірів.

Визначення зольності

ГОСТ 19816.4-91 Каучук та гума. Визначення золи. Цей стандарт встановлює методи визначення золи у сирих каучуках, гумових сумішах та вулканізатах.

ГОСТ 15973-82 Пластмаси. Методи визначення золи. Цей стандарт поширюється на пластмаси та встановлює методи визначення золи та сульфатної золи.

ГОСТ 21119.10-75 Барвники органічні та пігменти неорганічні. Метод визначення вмісту золи. Цей стандарт поширюється на органічні барвники та встановлює метод визначення вмісту золи прожарюванням та прожарюванням з обробкою сірчаною кислотою.

ГОСТ 21119.9-75 Барвники органічні та пігменти неорганічні. Метод визначення втрати маси під час прожарювання. Цей стандарт поширюється на неорганічні пігменти та встановлює метод визначення втрати маси при прожарюванні.

ГОСТ 13835-73 Каучук синтетичний термостійкий низькомолекулярний СКТН. Технічні умови - показники "Втрата маси" та "Термостабільність". Цей стандарт поширюється на синтетичний низькомолекулярний диметилсилоксановий каучук СКТН, стабілізований активним окисом кремнію і затверджений каталізаторами холодного затвердіння.

ГОСТ 26714-85 Добрива органічні. Метод визначення золи.Цей стандарт поширюється на органічні добрива (за винятком торфу та торфопродукції) та встановлює термогравіметричний метод визначення масової частки золи.

ГОСТ 30355.2-96 Сірка технічна. Визначення золи при температурі 850-900 град. Цельс. та залишку при температурі 200 град. Цельс. Цей стандарт встановлює методи визначення загального вмісту (масової частки) золи при температурі 850-900 град. і залишку при температурі 200 град. у технічній сірці.

Втрати маси при сушінні

ДЕРЖСТАНДАРТ 19338-90 Каучук синтетичний. Метод визначення втрати маси при сушінні. Цей стандарт встановлює метод визначення втрати маси при сушінні синтетичних каучуків.

ГОСТ 17537-72 Матеріали лакофарбові. Методи визначення масової частки летких та нелетких, твердих та плівкоутворюючих речовин. Цей стандарт поширюється на лакофарбові матеріали, їх напівфабрикати, смоли тощо. п. і встановлює методи визначення масової частки летких та нелетких, твердих та плівкоутворюючих речовин.

ГОСТ 14043-78 Полівінілхлорид та кополімери вінілхлориду. Метод визначення вмісту вологи та летких речовин. Цей стандарт поширюється на полівінілхлорид та сополімери вінілхлориду та встановлює метод визначення вмісту вологи та летких речовин висушуванням у термошафі для діапазону вимірювань від 0,1% до 2,0%.

ГОСТ 22456-77 Пластмаси. Метод визначення вмісту нелетких та летких речовин в епоксидних смолах та композиціях. Цей стандарт поширюється на епоксидні смоли та композиції та встановлює метод визначення вмісту нелетких (сухого залишку) та летких речовин.

ГОСТ 26359-84 Поліетилен. Метод визначення вмісту летких речовин.Цей стандарт поширюється на поліетилен низького та високого тиску та композицій на його основі у вигляді гранул або порошку.

ГОСТ Р 50535-93 Матеріали лакофарбові. Методи визначення об'ємної частки нелетких речовин. Цей стандарт поширюється на лакофарбові матеріали та встановлює два методи визначення об'ємної частки нелетких речовин.

ГОСТ Р 50491-93 Пластмаси. Формувальні амінопласти. Визначення летких речовин. Цей стандарт встановлює метод визначення летких речовин (переважно води) у формувальних амінопластах висушуванням у термошафі.

ГОСТ 20851.4-75 Добрива мінеральні. Методи визначення води. Цей стандарт поширюється на мінеральні добрива, що містять від 0,1 до 12 % води, і встановлює методи визначення води.

ГОСТ 21119.1-75 Загальні методи випробувань пігментів та наповнювачів. Визначення масової частки води та летких речовин. Цей стандарт поширюється на органічні барвники (пігменти та лаки), неорганічні пігменти та наповнювачі та встановлює методи визначення масової частки води.

ГОСТ 26713-85 Добрива органічні. Метод визначення вологи та сухого залишку. Цей стандарт поширюється на органічні добрива (за винятком торфу та торфопродукції) та встановлює метод визначення масової частки вологи та сухого залишку.

ГОСТ 30355.3-96 Сірка технічна. Визначення втрати маси за температури 80 Град. Цельс. Цей стандарт встановлює метод визначення втрати маси (масової частки води) технічної сірки при температурі 80 град.

ДЕРЖСТАНДАРТ 19338-90 Каучук синтетичний. Метод визначення втрати маси при сушінні.Цей стандарт встановлює метод визначення втрати маси при сушінні синтетичних каучуків.

ГОСТ 4013-82 Камінь гіпсовий та гіпсоангідритовий для виробництва в'яжучих матеріалів. Технічні умови - визначення частки кристалогідратної води та гіпсу. Даний стандарт поширюється на гіпсовий та гіпсоангідритовий камінь, що є продуктом подрібнення гірської породи, що складається з природних мінералів гіпсу або суміші гіпсу та ангідриту, та застосовується як сировина для виробництва гіпсових в'яжучих та добавок для виробництва цементу.

ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.27-02 Методика виконання вимірювань масової частки вологи (вологості) у твердих та рідких відходах виробництва та споживання, опадах, шламах, активному мулі, донних відкладах гравіметричним методом.

Сорбційні виміри

ГОСТ 21513-76 Матеріали лакофарбові. Методи визначення водо- та вологопоглинання лакофарбовою плівкою. Цей стандарт поширюється на лакофарбові матеріали та встановлює методи визначення водопоглинання лакофарбовою плівкою на поверхні, що фарбується, і вологопоглинання вільною плівкою лакофарбового матеріалу.

Пожежна небезпека

ГОСТ 9.715-86 Єдина система захисту від корозії та старіння. Матеріали полімерні. Методи випробування на стійкість до впливу температури.

ГОСТ Р 53293-2009 Пожежна небезпека речовин та матеріалів. Матеріали, речовини та засоби вогнезахисту. Ідентифікація методами теплового аналізу.

Послуги професіоналів

Наша компанія надає послуги найвищого рівня. Звернувшись до нас, ви отримаєте достовірні результати, юридично значущі, якщо потрібно провести експертизу.Ми даємо експертний висновок, оформлений за всіма правилами, з дотриманням російських та міжнародних стандартів. Документ є законною підставою для вирішення судових спорів.

Першу консультацію ми надаємо безкоштовно, онлайн або за телефоном. Коли ви вирішите співпрацювати, консультант допоможе розрахувати вартість послуг. Попередні відомості наведено у розділі «Тарифи». Після оформлення заявки професіонали виконають її у найкоротший термін.

Експертиза органічних сполук

Ціни затверджено директором ТОВ "Ін Консалтинг" 02.11.2024. Терміни вказані у робочих днях

Для отримання безкоштовної консультації Ви можете скористатись On-line консультацією, зателефонувати нам або написати в месенджерах. Щоб отримати інформацію про вартість послуг, перейдіть до розділу Тарифи або оформіть Заявку на послуги.

Диференціальна скануюча калориметрія

Основний принцип, що лежить в основі цього методу, полягає в тому, що коли зразок зазнає фізичного перетворення, таке як фазові переходи, до нього має надходити більше або менше тепла, порівняно з еталонним зразком, для підтримки обох зразків при одній і тій же температурі залежно від того, чи досліджуваний процес є екзотермічним або ендотермічним. Наприклад, коли відбувається процес плавлення твердого зразка, для того, щоб підвищувати його температуру з тією ж швидкістю, що й у еталона, зразку потрібно передати більше тепла. Це пов'язано з поглинанням тепла зразком, оскільки він зазнає ендотермічного фазового переходу з твердого стану в рідке. З іншого боку, якщо зразок піддається екзотермічним процесам (таким як кристалізація), підвищення температури зразка потрібно менше тепла, ніж еталона. Спостерігаючи різницю в тепловому потоці між зразком і еталоном, диференціальні калориметри, що сканують, здатні вимірювати кількість тепла, поглиненого або виділеного під час таких переходів. ДСК також може використовуватися для спостереження більш тонких фізичних змін, таких як переходи до склоподібного стану (вимірювання температури склування). ДСК широко використовується в промисловості як інструмент контролю якості при оцінці чистоти зразка і для вивчення затвердіння полімерів. [4] [5] [6]

Альтернативним методом, який має багато спільного з ДБК, є диференціальний термічний аналіз (ДТА). У цьому вся методі залишається незмінним потік тепла до зразка і стандарту, а чи не температура.Коли зразок та еталон нагріваються з однаковою швидкістю, фазові зміни та інші термічні процеси призводять до різниці температур між зразком та еталоном. Таким чином і ДСК, і ДТА надають схожу інформацію. Але ДСК вимірює енергію, необхідну підтримки еталона і зразка за однієї й тієї ж температурі, тоді як DTA вимірює різницю температур між зразком і еталоном, за однакової кількості енергії, що підводиться до них.

ДБК 50% денатурації білка. Вгорі: схематична крива ДСК по осі (y) - кількість енергії, що підводиться, необхідної для підтримки певної температури (x). Внизу: нормалізовані криві, що встановлюють початкову теплоємність як зразок. Базова буфер-буферна лінія (пунктирна) та білково-буферна дисперсія (суцільна). Нормалізовані криві ДСК з використанням базової лінії в якості еталона (ліворуч) та часток кожного конформаційного стану (y), що існує при певній температурі (праворуч), для білків з двома станами (вгорі) та з трьома станами (внизу). Зверніть увагу на незначне збільшення піку кривої ДСК білка з трьома станами, яке не може бути визнано статистично значущим без спеціальної математичної обробки кривої.

Результатом експерименту ДСК є крива теплового потоку залежно від температури або часу. Існує дві різні угоди: екзотермічні реакції у зразку можуть бути показані як позитивні або як негативні піки, залежно від методики та традицій. Крива ДБК може бути використана для розрахунку ентальпій фазових переходів. Це робиться шляхом інтегрування піку, що відповідає даному переходу.Можна показати, що ентальпія фазового переходу може бути виражена з використанням наступного рівняння:

де d H - ентальпія фазового переходу, K - калориметрична стала, і A - площа під кривою. Калориметрична константа варіюватиметься від приладу до приладу і може бути визначена шляхом аналізу добре охарактеризованого зразка з відомими ентальпії фазових переходів. [5]

Диференціальна скануюча калориметрія може використовуватися для вимірювання ряду властивостей досліджуваних зразків. За допомогою цього методу можна визначати температури плавлення та кристалізації, а також температуру склування. Т_g. ДСК можна використовувати для вивчення процесів окислення, а також інших хімічних реакцій [4] [7] .

Скло може відбуватися при підвищенні температури твердої аморфної речовини. Ці переходи з'являються як стрибок у базовій лінії записаного сигналу ДСК, що пов'язано із зміною теплоємності зразка; при цьому жодної формальної фазової зміни не відбувається [4] [6] .

У міру підвищення температури аморфна тверда речовина стає менш в'язкою. У якийсь момент молекули можуть отримати достатньо свободи руху, щоб спонтанно впорядкуватися в кристалічну форму. Це відомо як температура кристалізації (T_c). Цей перехід від аморфної твердої речовини до твердої кристалічної речовини є екзотермічним процесом і призводить до виникнення піку сигналу ДСК. У міру підвищення температури зразок зрештою досягає своєї температури плавлення (T_m). Процес плавлення призводить до ендотермічного піку на кривій ДСК.Здатність визначати температури та ентальпії фазових переходів робить ДСК цінним інструментом для створення фазових діаграм різних хімічних систем [4] .

Диференціальна скануюча калориметрія також може бути використана для отримання цінної термодинамічної інформації про білки. Термодинамічний аналіз білків може виявити важливу інформацію про глобальну структуру білків та взаємодію білок/ліганд. Наприклад, багато мутацій знижують стабільність білків, тоді як зв'язування лігандів зазвичай збільшує стабільність білків [8] . Використовуючи ДБК, цю стабільність можна виміряти шляхом отримання температурної залежності значення вільної енергії Гіббса. Це дозволяє дослідникам порівнювати вільну енергію розгортання між білком без лігандів та комплексом білок-ліганд або природними та мутантними білками. ДСК також можна використовувати для вивчення білково-ліпідних взаємодій, нуклеотидів, а також лікарсько-ліпідних взаємодій [9] . При вивченні денатурації білків з використанням ДСК термічні перетворення, що спостерігаються, повинні бути, принаймні, до певної міри оборотними, оскільки термодинамічні розрахунки засновані на хімічній рівновазі.

Техніка широко використовується в різних областях, як рутинного тесту якості, так і як інструмент дослідження. Устаткування легко калібрувати, наприклад, з використанням легкоплавкого індію при 156.5985 °C, і це швидкий та надійний метод термічного аналізу.

Полімери

Термічні переходи в (А) аморфних та (В) напівкристалічних полімерів. У міру підвищення температури як аморфний, так і напівкристалічний полімери проходять через процес склування (T_g). Аморфні полімери (А) не виявляють інших фазових переходів. Однак напівкристалічні полімери (B) піддаються кристалізації та плавленню (при температурах T_c і T_mвідповідно).

ДСК широко використовується для дослідження полімерних матеріалів визначення їх теплових переходів. Важливі термічні переходи включають температуру склування (T_g), температуру кристалізації (T_c) та температуру плавлення (T_m). Спостерігаються теплові переходи можна використовуватиме порівняння матеріалів, хоча одні лише переходи однозначно не визначають склад. Дослідження хімічного та фазового складу невідомих матеріалів може бути завершено з використанням додаткових інструментальних методів фізико-хімічного аналізу речовин. Точки плавлення та склування для більшості полімерів доступні у стандартних довідниках, і ДСК дослідження може показати деградацію полімеру при зниженні очікуваної температури плавлення. T_m залежить від молекулярної маси полімеру та його термічної передісторії.

Відсоток кристалічного вмісту полімеру може бути оцінений за піками кристалізації/плавлення кривої ДСК з використанням контрольних точок плавлення, знайдених у літературі [10]. ДСК можна використовувати для вивчення термічного розкладання полімерів з використанням такого підходу, як температура/час початку окислення; однак користувач ризикує забруднити комірку ДСК та зіпсувати прилад. Термогравіметричний аналіз (ТГА) може бути кориснішим методом для дослідження розкладання речовин.Домішки в полімерах можуть бути визначені шляхом вивчення термограм щодо аномальних піків, а пластифікатори можуть бути виявлені за їх характерними точками кипіння. Крім того, може бути корисним дослідження незначних подій даних першого прогону при термічному аналізі, так як «аномальні піки» фактично можуть представляти теплову історію процесу виготовлення або зберігання матеріалу або дати інформацію про фізичне старіння полімеру. Порівняння першої та другої зйомок кривої для одного і того ж зразка, вироблених при постійних швидкостях нагріву, може дозволити аналітику дізнатися історію обробки полімеру, так і властивості матеріалу.

Рідкі кристали

ДБК використовується при дослідженні рідких кристалів. Деякі матеріали не просто переходять із твердого стану в рідкий, а формують третій стан, який відображає властивості обох фаз. Цей стан анізотропної рідини відомий як рідкокристалічний або мезоморфний стан. Використовуючи ДСК, можна спостерігати невеликі зміни енергії, які відбуваються при переході речовини з твердого стану рідкий кристал і з рідкого кристала в ізотропну рідину.

Окислювальна стабільність

Використання диференціальної скануючої калориметрії вивчення стійкості до окислення зразків зазвичай вимагає герметичної камери для зразків. Зазвичай такі випробування проводяться ізотермічним (за постійної температури) шляхом змінюючи атмосферу над зразком. Спочатку зразок доводять до бажаної температури в інертній атмосфері, зазвичай, в азоті. Потім у систему додається кисень. Будь-яке окислення, що відбувається, спостерігається як відхилення від базової лінії. Такий аналіз можна використовувати для визначення стабільності та оптимальних умов зберігання матеріалу або сполуки.[4]

Перевірка безпеки

ДСК є зручним інструментом для первинної перевірки безпеки речовин з високоенергетичними переходами (вибухових речовин, компонентів палив тощо). У цьому режимі зразок поміщають у нереакційний тигель (часто із золота або позолоченої сталі), який буде здатний витримувати тиск (зазвичай до 100 бар). Присутність екзотермічної події може використовуватися для оцінки стійкості речовини до нагрівання. Однак через поєднання відносно низької чутливості, повільніших, ніж зазвичай, швидкостей сканування (зазвичай 2–3 °C/хв, через значно важчий тигль) і невідому енергію активації, необхідно відняти близько 75–100 °C від спостережуваної температури екзотермічної реакції, щоб запропонувати максимально безпечну температуру даного матеріалу. Набагато точніший набір даних може бути отриманий при використанні адіабатичного калориметра, але такий тест може зайняти 2-3 дні при скануванні температури навколишнього середовища зі швидкістю 6 °C/год.

Аналіз лікарських засобів

ДСК широко використовується у фармацевтичній та полімерній промисловості. Для хіміка полімерів ДСК – зручний інструмент для вивчення процесів затвердіння, що дозволяє точно налаштувати властивості полімеру. Зшивання полімерних молекул, що відбувається в процесі затвердіння є екзотермічним, і проявляється у вигляді піку на кривій ДСК, який зазвичай з'являється невдовзі після склювання [4] [5] [6] .

У фармацевтичній промисловості необхідно мати добре охарактеризовані лікарські сполуки визначення режимів виробництва.Наприклад, якщо необхідно доставити лікарський засіб в аморфній формі, бажано обробляти лікарський засіб при температурах нижче за ті, при яких може відбуватися кристалізація [5] .

Загальний хімічний аналіз

Придушення точки замерзання може використовуватися як інструмент аналізу чистоти досліджуваних речовин під час використання методу диференціальної скануючої калориметрії. Проведення таких вимірювань можливе, тому що температурний діапазон, в якому відбувається плавлення суміші сполук, залежить від їх відносних кількостей. Отже, менш чисті з'єднання демонструватимуть розширений пік плавлення, який починається за нижчої температури, ніж чисте з'єднання [11] [6] .

• Хімічна термодинаміка
• Термічний аналіз
• Калориметрія
• Ендотермічний ефект
• Екзотермічний ефект
• Температура склування
• Фазові переходи
• Полімери
• Калориметрія з обуренням тиску
• Газовий термічний аналіз
• Термогравіметрія