What is Thermal Analysis? DIFERENCIAL DE CALORIMETRIA DE BARRIDO DSC 0 Internal usage only
Qué es DSC? Qué es DSC Diferencial: Medición de la Diferencia en flujo de calor entre una muestra y una referencia Scaneo: Modo de operación común de correr una muestra escaneandola en la temperatura o en el tiempo Calorimetro: Instrumento para medir el calor o flujo de calor. Flujode Calor : un medida de energía transmitida en mw 1 Internal usage only
DSC principio de trabajo Hielo Aire T s T r Plato Caliente Calentar el Plato de -20 C a 30 C, Qué le pasara al hielo? Cómo varia T s y T r t? Cómo relacionar T s y T r? 2 Internal usage only
DSC principio de trabajo Temperatura T r T s T f Tiempo T =T s -T r 0-0.5 T f Tiempo or T r Señal DSC 3 Internal usage only
DSC principio de trabajo T =T s -T r 0 Señal DSC -0.5 Heat flow (mw) Time or T r Φ= T/R th R th, Resistencia termica del sistema 0-10 T f H Time or T r Señal DSCl, Φ Integral Pico -> H 4 Internal usage only
Pendiente Linea Base Flujo CalorΦ (mw) Φ= mc p β 0-10 Defleccion Inicial Φ Donde, m es la masa de la muestra c p es la capacidad de calor especifico de la muestra β Es la rata de calentamiento Time or T r Una curva normal DSC no es horizontal, su Linea Base muestra una pendiente. 5 Internal usage only
ICTA y Anti-ICTA ICTAC (International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry) ICTA ( T=T s -T r ) Efectos Endotermicos hacia abajo, Efectos exotermicos hacia arriba. Dirección de la señal DSC Anti-ICTA ( T=T r -T s ) Efectos Endotermicos hacia arriba, Efectos exotermicos hacia abajo. ^exo ^endo mw 0 In, 6.0000 mg mw 20 In, 6.0000 mg -10 melting 15 10 melting -20 5 0 MSG Lab: NJ 120 130 140 150 160 170 C STA TAR e SW 9.10 120 130 140 150 160 170 C MSG Lab: NJ STA TAR e SW 9.10 6 Internal usage only
Efectos Endotermicos y exotermicos Endotermico: Cuando la muestra absorve energía, la entalpía cambia este proceso es llamado endotermico. Procesos como la fusion y vaporizacion son endotermicos. Exotermico: Cuando la muestra libera energía, este proceso es llamado exotermico. Procesos tales como cristalizacion y oxidacion son exotermicos. 7 Internal usage only
Efecto Exotermico Temperatura T r T s Tiempo T =T s -T r 0 Señal DSC Tiempo or T r 8 Internal usage only
Curva Esquematica DSC de un polímero exo Heat flow 1 endo 2 3 4 5 6 Temperature 1. Deflección Inicial; 2. Transicion vitrea; 3. Cristalización; 4. Fusión; 5. Vaporización; 6. Decomposicion. 9 Internal usage only
Qué es Fusión y Cristalización? Fusión del Indium: 156.6 C, -28.6 J/g (endotermico) cristalino Amorfo Cristalizacion del Indium: 153.5 C, +28.6 J/g (exotermico) 10 Internal usage only
Fusión y Cristalización con DSC ^exo prod 1 13. 03.2006 13: 58:29 mw 20 In: 6.18 mg 10 K/min Integral 194.27 mj normalized 28.57 Jg^-1 Onset 153.43 C 10 0 Integral -193.95 mj normalized -28.52 Jg^-1 Onset 156.58 C -10 MSG2006: Marco Maria del Pilar Barbosa One Click TM Water Determination 140 145 150 155 160 165 C STA TAR e SW 9.01 11 Internal usage only
Cómo se evalua un pico de Fusión Producto Puro: - Onset (Independiente de la rata de calentamiento) - H f linea base: lineal, integral tangencial Materiales Impuros: - Temperatura del Pico (depende deβ) - H f linea base: lineal, tangential a la derecha - Análisis de pureza para sistemas eutecticos (basado en la curva shape) Polimeros - Temperatura del Pico (depende de β y m) - H f linea base: lineal, spline, integral tangential 12 Internal usage only
Qué es Transición Vitrea? Estado vitreo Transición Vitrea Estado Cauchoso Solidos amorfos, rigido, brittle liquido (no polimeros) Similar al cauco(polimeros) Transición Vitrea es un Movimiento Molecular Cooperativo. 13 Internal usage only
La transición vitrea con DSC c p c p = 1 m dh dt Temperatura Φ = m c p β exoterma Φ Temperatura 14 Internal usage only
Reacción Química Una Reacción Química es un proceso donde una o más sustancias (reactantes) son convertidas a una ó mas sustancias químicas (productos) con diferentes propiedades ejo. oxidación, decomposición, polimerización etc. Las Reacciones Químicas Siempre involucran un cambio de Energía. Dependiendo de si la energía es absorvida o liberada durante el proceso el efecto puede ser endotermico o exotermico. 15 Internal usage only
Reacción Química Decomposición Homogenea del peroxido de dibenzoyl; pico de temperatura y la forma del pico depende de la rata de calentamiento; el área del pico es independiente de la rata de calentamiento. 16 Internal usage only
Dónde se usa DSC? Polimeros Ind.Farmaceutica Ind Química Alimentos Cosmetica Materiales Aditivos Plastificantes Impurezas Fibras Material Propiedades Procesamiento Tratamiento Termico Tratamiento Mecánico Almacenamiento y Uso 17 Internal usage only
DSC Funcionamiento 18 Internal usage only
Tecnología del Sensor S R Gradiente de Temperatura en el sensor lleva a desviaciones de referencia de Zero T SR S T 0 R T S0 T R0 Un sólo sensor de temperatura (T 0 ) mide. La distribución homogenea de la temperatura del sensor no es considerada. 19 Internal usage only
Tecnología del Sensor T S S R T S T R T S0 T R0 El anillo interior de los termopares mide T R y T S Medidas de anillo exterior sensor de temperatura en muestras de referencia y los lados, T SO y T RO Termopares actúan como resistencia térmica, R. 20 Internal usage only
Tecnología del Sensor T S S R Φ S 0 = N i= 1 T S, i T R i S 0, i T S T R Φ R0 = N i= 1 T Ri, T R i R0, i T S0 T R0 S0 R0 Flujo de calor en la muestra y la referencia se miden de forma separada N es el número de termopares (TC) por el anillo FRS5 sensor (56 TC): N = 14 HSS7 sensor (120 TC): N = 30 dq =Φ dt Φ 21 Internal usage only
Ruído y Sensibilidad ^exo Lysozyme dissolved in 0.1 M HCl/glycine buffer at ph = 3 Heating rate 3 K/min Sample Mass around 105 mg Lysozyme 1.7% and 0.1% 29.01 01.2008 16:41 41:22 Step 0.69 uw 1.7 % Lysozyme 0.1 % Lysozyme 100 uw 5 uw Peak Height 137 uw Peak Height 6.5 uw 60 65 70 75 80 C 50 60 70 80 90 C 18 20 22 24 min 22 Internal usage only
Ruído y Sensibilidad 23 Internal usage only
Resolución 24 Internal usage only
Opciones de Enfriamiento Temperature [ C] 250 200 150 100 50 0-50 Air cooled Intracooler Liquid nitrogen -100-150 0 5 10 15 20 25 Time [min] 25 Internal usage only
Maxima rata de enfriamiento Cooling Rate [K/min] 0-10 -20-30 -40-50 -60-70 -80-90 -100 Air cooling Intracooler Liquid nitrogen -150-100 -50 0 50 100 150 200 250 Temperature [ C] 26 Internal usage only
Maxima rata de Enfriamiento Temperature ( C) -40-20 0 20 40 60 80 100 Cooling rate with different cooling options (K/min) Air cooing - - - - 2 6 11 15 IntraCooler 4 8 12 16 20 25 19 34 Liquid nitrogen 27 30 31 30 32 35 34 34 27 Internal usage only