Calorimetria differenziale a scansione

La tecnica è ampiamente utilizzata in una gamma di applicazioni, sia come test di qualità di routine che come strumento di ricerca. L’apparecchiatura è facile da calibrare, utilizzando ad esempio l’indio a bassa fusione a 156,5985 °C, ed è un metodo rapido e affidabile di analisi termica.

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DSC è ampiamente utilizzato per esaminare i materiali polimerici per determinare le loro transizioni termiche. Le transizioni termiche importanti includono la temperatura di transizione vetrosa (Tg), la temperatura di cristallizzazione (Tc) e la temperatura di fusione (Tm). Le transizioni termiche osservate possono essere utilizzate per confrontare i materiali, anche se le transizioni da sole non identificano univocamente la composizione. La composizione di materiali sconosciuti può essere completata usando tecniche complementari come la spettroscopia IR. I punti di fusione e le temperature di transizione vetrosa per la maggior parte dei polimeri sono disponibili da compilazioni standard, e il metodo può mostrare la degradazione del polimero attraverso l’abbassamento della temperatura di fusione prevista. La Tm dipende dal peso molecolare del polimero e dalla storia termica.

La percentuale di contenuto cristallino di un polimero può essere stimata dai picchi di cristallizzazione/fusione del grafico DSC usando i calori di fusione di riferimento trovati in letteratura. Il DSC può anche essere usato per studiare la degradazione termica dei polimeri usando un approccio come Oxidative Onset Temperature/Time (OOT); tuttavia, l’utente rischia la contaminazione della cella DSC, che può essere problematica. L’analisi termogravimetrica (TGA) può essere più utile per la determinazione del comportamento di decomposizione. Le impurità nei polimeri possono essere determinate esaminando i termogrammi per i picchi anomali, e i plastificanti possono essere rilevati ai loro caratteristici punti di ebollizione. Inoltre, l’esame di eventi minori nei dati dell’analisi termica del primo calore può essere utile in quanto questi picchi apparentemente “anomali” possono in realtà essere anche rappresentativi della storia termica di processo o di stoccaggio del materiale o dell’invecchiamento fisico del polimero. Il confronto dei dati del primo e del secondo calore raccolti a tassi di riscaldamento coerenti può permettere all’analista di conoscere sia la storia del processo del polimero che le proprietà del materiale.

Cristalli liquidiModifica

DSC è usato nello studio dei cristalli liquidi. Quando alcune forme di materia passano dal solido al liquido, passano attraverso un terzo stato, che mostra le proprietà di entrambe le fasi. Questo liquido anisotropo è conosciuto come uno stato liquido cristallino o mesomorfo. Usando la DSC, è possibile osservare i piccoli cambiamenti di energia che si verificano quando la materia passa da un solido a un cristallo liquido e da un cristallo liquido a un liquido isotropo.

Stabilità ossidativaModifica

L’uso della calorimetria differenziale a scansione per studiare la stabilità all’ossidazione dei campioni richiede generalmente una camera di campionamento ermetica. Può essere usato per determinare il tempo di induzione ossidativa (OIT) di un campione. Questi test sono di solito fatti in modo isotermico (a temperatura costante) cambiando l’atmosfera del campione. In primo luogo, il campione viene portato alla temperatura di prova desiderata sotto un’atmosfera inerte, di solito azoto. Poi, viene aggiunto ossigeno al sistema. Qualsiasi ossidazione che si verifica viene osservata come una deviazione nella linea di base. Tale analisi può essere utilizzata per determinare la stabilità e le condizioni di conservazione ottimali per un materiale o un composto.

Screening di sicurezzaModifica

DSC è uno strumento di screening di sicurezza iniziale ragionevole. In questa modalità il campione sarà alloggiato in un crogiolo non reattivo (spesso oro o acciaio placcato oro), e che sarà in grado di resistere alla pressione (in genere fino a 100 bar). La presenza di un evento esotermico può quindi essere utilizzato per valutare la stabilità di una sostanza al calore. Tuttavia, a causa di una combinazione di sensibilità relativamente scarsa, velocità di scansione più lenta del normale (tipicamente 2-3 °C/min, a causa del crogiolo molto più pesante) e energia di attivazione sconosciuta, è necessario dedurre circa 75-100 °C dall’inizio dell’esotermia osservata per suggerire una temperatura massima per il materiale. Un set di dati molto più accurato può essere ottenuto da un calorimetro adiabatico, ma un tale test può richiedere 2-3 giorni da ambiente ad un tasso di incremento di 3 °C per mezz’ora.

Analisi dei farmaciModifica

Il DSC è ampiamente utilizzato nell’industria farmaceutica e dei polimeri. Per il chimico dei polimeri, la DSC è uno strumento utile per studiare i processi di polimerizzazione, che permette la regolazione fine delle proprietà dei polimeri. La reticolazione delle molecole di polimero che si verifica nel processo di polimerizzazione è esotermica, con conseguente picco negativo nella curva DSC che di solito appare subito dopo la transizione vetrosa.

Nell’industria farmaceutica è necessario avere composti di farmaci ben caratterizzati per definire i parametri di lavorazione. Per esempio, se è necessario fornire un farmaco in forma amorfa, è auspicabile lavorare il farmaco a temperature inferiori a quelle a cui può verificarsi la cristallizzazione.

Analisi chimica generaleModifica

La depressione del punto di congelamento può essere utilizzata come strumento di analisi della purezza quando viene analizzata mediante calorimetria differenziale a scansione. Questo è possibile perché l’intervallo di temperatura in cui una miscela di composti fonde dipende dalle loro quantità relative. Di conseguenza, i composti meno puri mostreranno un picco di fusione allargato che inizia a una temperatura inferiore rispetto a un composto puro.