Дифференциальная сканирующая калориметрия
Дифференциальная сканирующая калориметрия ( ДСК ) представляет собой термоаналитический метод, в котором разница в количестве тепла , необходимом для повышения температуры образца и эталона, измеряется как функция температуры. И образец, и эталон поддерживаются при почти одинаковой температуре на протяжении всего эксперимента. Как правило, температурная программа для анализа ДСК разработана таким образом, что температура держателя образца увеличивается линейно в зависимости от времени. Эталонный образец должен иметь четко определенную теплоемкость в диапазоне сканируемых температур.
Этот метод был разработан Э.С. Уотсоном и М.Дж. О'Нилом в 1962 г. [1] и представлен на коммерческой основе на Питтсбургской конференции 1963 г. по аналитической химии и прикладной спектроскопии . Первый адиабатический дифференциальный сканирующий калориметр, который можно было использовать в биохимии, был разработан П. Л. Приваловым и Д. Р. Монаселидзе в 1964 г. в Институте физики в Тбилиси , Грузия . [2] Термин ДСК был придуман для описания этого прибора, который непосредственно измеряет энергию и позволяет точно измерять теплоемкость. [3]
Существует два основных типа ДСК: ДСК с тепловым потоком, которая измеряет разницу в тепловом потоке между образцом и эталоном (что дает ему альтернативное название ДСК с несколькими ячейками ) и ДСК с разницей мощности, которая измеряет разницу в мощности, подаваемой на образец. образец и ссылка. [4]
При использовании ДСК с тепловым потоком изменения теплового потока рассчитываются путем интегрирования опорной кривой ΔT . Для такого рода экспериментов образец и эталонный тигель помещаются на держатель образцов со встроенными датчиками температуры для измерения температуры тиглей. Это устройство находится в печи с регулируемой температурой. В отличие от этой классической конструкции, отличительной чертой ДСК с тепловым потоком является вертикальная конфигурация плоских датчиков температуры, окружающих плоский нагреватель. Такое расположение позволяет создать очень компактную, легкую конструкцию с низкой теплоемкостью и полной функциональностью печи DSC. [5]
Для этого типа установки, также известной как ДСК с компенсацией мощности , образец и эталонный тигель помещаются в теплоизолированные печи, а не рядом друг с другом в одной и той же печи, как в экспериментах ДСК с тепловым потоком. Затем температура обеих камер регулируется таким образом, чтобы с обеих сторон всегда была одинаковая температура. Затем регистрируется электрическая мощность, необходимая для получения и поддержания этого состояния, а не разница температур между двумя тиглями. [6]
2000-е годы стали свидетелями быстрого развития Fast-scan DSC (FSC), [7] нового калориметрического метода, в котором используются микромеханические датчики. Ключевыми преимуществами этого метода являются сверхвысокая скорость сканирования, которая может достигать 106 К/с, и сверхвысокая чувствительность с разрешением по теплоемкости, как правило, выше 1 нДж/К. [8] Нанокалориметрия [9] привлекла большое внимание в материаловедении, где она применяется для количественного анализа быстрых фазовых переходов, особенно при быстром охлаждении. Еще одной новой областью применения FSC является физическая химия с упором на теплофизические свойства термолабильных соединений. Такие величины, как температура плавления ,стали известны энтальпия плавления , давления сублимации и испарения , а также энтальпии таких молекул. [10]
