مسعر المسح التفاضلي (DSC)
مقدمة:
تحليل المسح المسعري التفاضلي (DSC) هو تحليل حراري تفاضلي يقوم بقياس تدفق الحرارة المطلوب لتغيير درجة حرارة العينة مقارنةً بالمرجع. ويُستخدم لتحديد الخصائص الحرارية للمواد. تعتمد هذه الطريقة على قياس تدفق الحرارة المطلوب لتسخين العينة مقارنةً بمادة مرجعية غير تفاعلية تحت ظروف متساوية. تُعتبر واحدة من أكثر التقنيات شيوعًا في دراسة السلوك الحراري للمواد، بما في ذلك البوليمرات، والمعادن، والمواد الغذائية، والمركبات الكيميائية.من خلال تحليل هذا المنحنى، يمكن للشخص تحديد درجات التحوِّل (مثل درجات الإنصهار والبلورة)، والتغيرات الكيميائية (مثل التفكك والأكسدة)، بالإضافة إلى معرفة التفاعل الحرارية(ماص أو ناشر للحراة). وفي هذا الاختبار، مع زيادة درجة الحرارة، تستوعب كلاً من العينة المراد تحليلها والعينة المرجع كميات مختلفة من الطاقة للحفاظ على ثبات درجات حرارتهم. على سبيل المثال، أثناء التسخين إذا حدث تحوِّل حراري مثل انصهار في عينة غير معروفة، يستهلك طاقة لذلك، مما يؤدي إلى فارق في درجات حرارية بين العينة المطلوب تحليلها وعينه المرجع.
مبدأ العمل:
مسعر المسح التفاضلي (DSC) يقيس الحرارة المطلوبة لتغيير درجة حرارة العينة مقارنةً بمرجع.أي DSC يقيس فرق تدفق الحرارة بين العينة والمرجع. تشمل الخطوات:
يتم تسخين العينة والمرجع بنفس المعدل.
يتم قياس كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة العينة مقارنة بالمرجع.
يتم رسم منحنى يوضح التغير في تدفق الحرارة كدالة لدرجة الحرارة.
يوفر قياسات دقيقة لتدفق الحرارة، مما يسمح بتحديد حرارة التفاعل.
أهميَّة القياس
توفر DSC معلومات قيمة حول الخصائص الحرارية للمواد، مثل:
درجات الانصهار والتجمد: تحديد درجات الحرارة التي تتحول فيها المواد من الحالة الصلبة إلى السائلة والعكس.
حرارة التفاعل: قياس كمية الحرارة المُطلَقة أو المُمتَصة خلال التفاعلات الكيميائية، مما يساعد في فهم الديناميكيات الكيميائية.
الاستقرار الحراري: تقييم استقرار المواد تحت ظروف التسخين المختلفة، مما يسهم في تحديد مدى ملاءمتها للاستخدام في تطبيقات صناعية معينة.
التطبيقات والعينات التي يمكن قياسها
تُستخدم DSC في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك:
علوم المواد: دراسة خصائص المواد وتطويرها.
الصناعات الدوائية: تقييم استقرار الأدوية وخصائصها الحرارية.
صناعة الأغذية: تحليل الخصائص الحرارية للمواد الغذائية.
تحليل البوليمرات: دراسة التحولات الطورية في البوليمرات.
فوائد القياس
قياس الفرق في تدفق الحرارة
معلومات عن حرارة التفاعل
تحليل خصائص الانصهار والتبلور
تحديد الانصهارات، التفاعلات الكيميائية، وحرارة التفاعل.
تحليل الاستقرار الحراري للمواد.
تفسير النتائج
يمثِّل المحور الأفقي في المخطط درجة الحرارة أو الزمن أما المحور العمودي يمثِّل تدفق الحرارة (غالبًا بوحدات واط أو ميلي واط).
تفسير القمم:
تشير القمم الإيجابية إلى أن العينة تحتاج إلى حرارة إضافية (مثل الانصهار أو التبخر).
تشير القمم السلبية إلى أن العينة تطلق حرارة (مثل التفاعل الكيميائي أو التجمد).
تحديد قيم الحرارة:
يمكن حساب حرارة التفاعل أو التحول من المساحة تحت القمة أو فوقها. كلما كانت المساحة أكبر، كانت كمية الحرارة أكبر.
التحولات الطورية:
يمكن أن تساعدك القمم في تحديد التحولات الطورية (مثل الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائلة) وخصائص المواد.
حرارة الانصهار: تُظهر كمية الحرارة اللازمة لعملية الانصهار.
حرارة التحلل: يمكن أن تُظهر كمية الحرارة الناتجة عن التحلل.
الطاقة الحرارية: تُعطى من خلال المساحة تحت المنحنى الحراري، مما يساعد في تقدير خصائص المادة.