熱分析DSC培訓(xùn)new

1、 2009 Perkin Elmer 華誠 TEA專員2011.9.2 2009 Perkin Elmer PE熱分析最新產(chǎn)品熱分析最新產(chǎn)品 DSC原理及使用注意原理及使用注意 DSC應(yīng)用應(yīng)用遠(yuǎn)古時期遠(yuǎn)古時期驅(qū)趕野獸驅(qū)趕野獸熟食熟食意識形態(tài)崇拜意識形態(tài)崇拜打火機(jī)？現(xiàn)代熱分析起源時期現(xiàn)代熱分析起源時期4DTA發(fā)展為發(fā)展為BC 600 - 十八世紀(jì) 簡單的用加熱方法來控制相變 如鑄劍的過程 Until差熱分析儀差熱分析儀近代簡史近代簡史1903 蘇聯(lián)物理學(xué)家蘇聯(lián)物理學(xué)家Tammann首次引入了熱分析概念首次引入了熱分析概念1915 日本物理學(xué)家日本物理學(xué)家Honda先生引入熱天平概念，從而開啟了熱

2、重分析儀先生引入熱天平概念，從而開啟了熱重分析儀 的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史二十世紀(jì)中期二十世紀(jì)中期 研究主要圍繞如何將熱分析儀器的自動化以及理論模型建立研究主要圍繞如何將熱分析儀器的自動化以及理論模型建立 包括定量差熱分析技術(shù)包括定量差熱分析技術(shù)1962 美國人美國人Watson等人開創(chuàng)性的研發(fā)了差示掃描量熱技術(shù)（等人開創(chuàng)性的研發(fā)了差示掃描量熱技術(shù)（PC-DSC），）， PerkinElmer公司于公司于1963年推出了商業(yè)化機(jī)型年推出了商業(yè)化機(jī)型二十世紀(jì)九十年代二十世紀(jì)九十年代 調(diào)制技術(shù)以及調(diào)制技術(shù)以及HyperDSC等新型熱分析技術(shù)的出現(xiàn)等新型熱分析技術(shù)的出現(xiàn) 二十一世紀(jì)二十一世紀(jì)未來？未來？

3、 聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù) 5什么是熱分析什么是熱分析? ?熱分析 指在程序溫度下，測量物質(zhì)的物理性能隨溫度變化的技術(shù)。6常用常用的熱分析方法的熱分析方法 DSC Heat flow vs. Temp-Tm,Tc,Tg-DH,固化時間,固化度-反應(yīng)速度,活化能TGAWeight Loss vs. Temp-分解溫度-重量百分比-氧化時間TMADimensional Change vs. Temp-膨脹系數(shù)(a1,a2)-Tg-軟化點(diǎn)DMAViscoelastic property vs. Temp-儲存/損耗/復(fù)合模量(E,E”,E*)-tand-玻璃化轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變7PerkinElmer公司熱分析

4、產(chǎn)品線Features / Performance2400CHNS/O2410 NSeriesDSC 4000/6000STA 6000Pyris 1 TGADMA 8000DSC 8000/85008DSC 差示掃描量熱分析儀9差示掃描量熱法（差示掃描量熱法（Differential Scanning CalorimetryDifferential Scanning Calorimetry）是指當(dāng)樣品在升溫、降溫或是指當(dāng)樣品在升溫、降溫或等等溫時，測量輸入到被測樣品和參比溫時，測量輸入到被測樣品和參比物的功率差與溫度（或時間）關(guān)系的技術(shù)物的功率差與溫度（或時間）關(guān)系的技術(shù)。對于不同類型的對于

5、不同類型的DSCDSC，“差示差示”一詞有不同的含義，對于功率補(bǔ)一詞有不同的含義，對于功率補(bǔ)償型，指的是功率差償型，指的是功率差；對于熱流型，則指的是溫度差。對于熱流型，則指的是溫度差。差示掃描量熱儀 (DSC) 10幾個概念問題 熱流率（熱流率（Heat Flow）：）： 是指單位時間內(nèi)通過某一截面的熱量，單位是指單位時間內(nèi)通過某一截面的熱量，單位為為mW或者或者mJ/s。 大于零，表示熱量流入，物體獲得熱量，反之，大于零，表示熱量流入，物體獲得熱量，反之，熱量流出。熱量流出。 比熱容（比熱容（Cp，Specific Heat Capacity）：）： 使使單位質(zhì)量單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高的某

6、種物質(zhì)升高單位溫度單位溫度所需的所需的熱量熱量。 熱焓（熱焓（Heat Enthalpy）：）： 表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)。將制表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)。將制定樣品加熱到目標(biāo)溫度所需要的能量大小?？梢酝ㄟ^積分比熱曲線定樣品加熱到目標(biāo)溫度所需要的能量大小。可以通過積分比熱曲線得到。得到。 熵（熵（entropy）：指的是體系的混亂的程度。：指的是體系的混亂的程度。11DTA vs. DSC technology相似，但不相同 DSC: 記錄Heat Flow的變化 mW 或 mJ/s Differential Scanning Calorimeter DTA: 記錄T 或者 Volt

7、age 的變化 oC 或 mV Differential Thermal Analysis12差示掃描量熱儀DSCDSC分為分為： 熱流型熱流型Heat Flux功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型Power CompensationPerkinElmer是目前唯一是目前唯一可可同時同時提提供兩種供兩種DSC的領(lǐng)導(dǎo)者的領(lǐng)導(dǎo)者!13DTA發(fā)展為發(fā)展為 DSC系列系列DSC 4000/6000 系列熱流型熱流型單爐體設(shè)計單爐體設(shè)計測量測量T換算得到換算得到H14DSC系列DSC 8000/8500 系列功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型熱零位設(shè)計原理熱零位設(shè)計原理直接測量直接測量H15PERKINELMER DSC MODEL

8、161971年年 推出推出DSC 2型型1984年年 推出推出DSC 7型型2001年年 推出推出Diamond DSC型型現(xiàn)在現(xiàn)在 DSC 8000/8500熱流型熱流型DSC 向下吸熱向下吸熱 向上放熱向上放熱 WHY?樣品熔融溫度較參比端低17功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型DSC 向上吸熱向上吸熱 向下放熱向下放熱 WHY?樣品熔融補(bǔ)償功率較參比端高18功率補(bǔ)償型DSC的特點(diǎn)v 真實(shí)、直接測量能量，得到最準(zhǔn)確的能量數(shù)據(jù)v 極低質(zhì)量的爐體，最快速的DSC反應(yīng)時間v Hyper DSCTM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最快速的線性升降溫速率（750 oC/min）v 最快速的平衡時間v 最佳的靈敏度和分辨率DSC 800

9、0/8500 系列19鉑銥合金爐體可使用活性或可使用活性或惰惰性性氣體進(jìn)行加熱氣體進(jìn)行加熱抗抗腐蝕腐蝕( (ex. PVC, Solvent.)ex. PVC, Solvent.)抗氧化抗氧化( (ex. O.I.T)ex. O.I.T)容容易易清洗污染的爐體清洗污染的爐體爐體的使用壽命最長爐體的使用壽命最長Pt-Pt-IrIr Al-Ceramic Cu-Cr Cu-Ni Ag Al-Ceramic Cu-Cr Cu-Ni Ag20優(yōu)異的溫控性能v 升溫速率最高為750 oC/min （Hyper DSCTM技術(shù)）-尤其適合Tg不易測量的樣品-高速升溫意味高效率及高靈敏度v 具有最快的降溫性

10、能-+100 to -100 C with CLN2 cooling accessory，最快30秒達(dá)到-最快自由降溫速率(Ballistic cooling) 2100 C /min 21 EnergyTimeHeat Flow Energy關(guān)于樣品問題：關(guān)于樣品問題： 樣品形貌是否一致？不要用尖銳的樣品。樣品形貌是否一致？不要用尖銳的樣品。 樣品是否會與樣品盤反應(yīng)？分解溫度是多少？樣品是否會與樣品盤反應(yīng)？分解溫度是多少？ 樣品考察的溫度范圍？在該范圍內(nèi)是否會產(chǎn)生氣體生成內(nèi)建壓力？樣品考察的溫度范圍？在該范圍內(nèi)是否會產(chǎn)生氣體生成內(nèi)建壓力？關(guān)于樣品盤的問題：關(guān)于樣品盤的問題： 樣品盤是否滿足實(shí)

11、驗(yàn)上限溫度？是否清潔？樣品盤是否滿足實(shí)驗(yàn)上限溫度？是否清潔？ 樣品盤材料是否會催化樣品樣品盤材料是否會催化樣品？（如？（如Cu會催化會催化PP氧化，氧化，OIT） 是否要用耐壓樣品盤？是否要用耐壓樣品盤？關(guān)于儀器本身問題：關(guān)于儀器本身問題： 實(shí)驗(yàn)方法是否超過儀器的檢測限？實(shí)驗(yàn)方法是否超過儀器的檢測限？ 儀器儀器是否校正是否校正處于穩(wěn)定狀態(tài)？處于穩(wěn)定狀態(tài)？制冷機(jī)是否已經(jīng)穩(wěn)定？制冷機(jī)是否已經(jīng)穩(wěn)定？22實(shí)驗(yàn)前需要考慮的問題試驗(yàn)準(zhǔn)備試驗(yàn)準(zhǔn)備23樣品準(zhǔn)備樣品準(zhǔn)備24影響熱分析測量的因素控溫速率 提高控溫速率往往會促使目標(biāo)溫度升高，同時可提高靈敏度。許多動力學(xué)方法建立在該特征基礎(chǔ)上； 降低控溫速率有利于提

12、高分辨率； 峰面積對控溫速率不敏感（520 度/分，最大相差 3%）樣品量及粒度尺寸 少量試樣有利于氣體擴(kuò)散，降低溫度梯度，提高準(zhǔn)確度。氣氛 氧氣 空氣 氮?dú)?（相近的熱導(dǎo)率） ；氦氣（高熱導(dǎo)率、低溫）； 氬氣（低熱導(dǎo)率、高溫）等裝樣容器及材料 盡量選用淺皿樣品盤，裝樣的緊密度 25掃描速度影響結(jié)果的解析度掃描速度影響結(jié)果的解析度快快慢慢 提高控溫速率可以提高信號靈敏度，提高控溫速率可以提高信號靈敏度， 能量大小不變。能量大小不變。降低控溫速率可以提高信號分辨率。降低控溫速率可以提高信號分辨率。提高控溫速率起始轉(zhuǎn)變溫度不變。提高控溫速率起始轉(zhuǎn)變溫度不變。 EnergyTimeHeat Flow

13、 Energy26樣品量的大小影響靈敏度和解析度樣品量的大小影響靈敏度和解析度IndiumIndiumIndium145.00Heat Flow (mW)0Temperature( C)Peak from:to:Onset =J/g =155.50160.50156.5128.51Peak from:to:Onset =J/g =155.50161.40156.5628.49Peak from:to:Onset =J/g =155.50162.70156.5428.71Peak = 158.93Peak = 158.30Peak = 157.74150.00155.00160.00165.00

14、170.002550751004.998 mg10.001 mg20.072 mg27二階導(dǎo)數(shù)曲線有助于區(qū)分重疊信號二階導(dǎo)數(shù)曲線有助于區(qū)分重疊信號28二階導(dǎo)數(shù)可以將肩峰信號很好的進(jìn)行區(qū)分二階導(dǎo)數(shù)可以將肩峰信號很好的進(jìn)行區(qū)分 2009 Perkin ElmerMicrostructureMolecularmovementsPerformedproperties不同物質(zhì)，結(jié)構(gòu)不同，在相同外界條件下，分子運(yùn)動不同，不同物質(zhì)，結(jié)構(gòu)不同，在相同外界條件下，分子運(yùn)動不同，從而表現(xiàn)出的性能不同。從而表現(xiàn)出的性能不同。相同物質(zhì)，在不同外界條件下，分子運(yùn)動不同，從而表現(xiàn)出相同物質(zhì)，在不同外界條件下，分子運(yùn)動不同

15、，從而表現(xiàn)出的性能也不同。的性能也不同。學(xué)習(xí)聚合物分子運(yùn)動的規(guī)律，了解聚合物在不同溫度下呈現(xiàn)學(xué)習(xí)聚合物分子運(yùn)動的規(guī)律，了解聚合物在不同溫度下呈現(xiàn)的力學(xué)狀態(tài)、熱轉(zhuǎn)變與松弛以及玻璃化溫度和熔點(diǎn)的影響因的力學(xué)狀態(tài)、熱轉(zhuǎn)變與松弛以及玻璃化溫度和熔點(diǎn)的影響因素，對于合理選用材料、確定加工工藝條件以及材料改性等素，對于合理選用材料、確定加工工藝條件以及材料改性等等都是重要的。等都是重要的。結(jié)構(gòu)是決定分子運(yùn)動的內(nèi)在條件結(jié)構(gòu)是決定分子運(yùn)動的內(nèi)在條件性能是分子運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)性能是分子運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)聚合物的幾個概念聚合物的幾個概念30 非非晶晶聚合物在不同的溫度下，分別呈現(xiàn)三種不同的聚合物在不同的溫度下，分別呈現(xiàn)

16、三種不同的力學(xué)狀態(tài)和兩種轉(zhuǎn)變區(qū)。力學(xué)狀態(tài)和兩種轉(zhuǎn)變區(qū)。非晶聚合物的力學(xué)狀態(tài)非晶聚合物的力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)31Tm vs. Tg32Tg：玻璃化轉(zhuǎn)變時：玻璃化轉(zhuǎn)變時H、S、V無突變，但無突變，但Cp、均有突變，因此也常均有突變，因此也常誤認(rèn)為它是二級轉(zhuǎn)變。但是，玻璃化轉(zhuǎn)變并不是真正的熱力學(xué)二級轉(zhuǎn)變，誤認(rèn)為它是二級轉(zhuǎn)變。但是，玻璃化轉(zhuǎn)變并不是真正的熱力學(xué)二級轉(zhuǎn)變，而是高分子鏈段運(yùn)動的松馳過程而是高分子鏈段運(yùn)動的松馳過程TvTgTg快慢 比容-溫度關(guān)系 聚合物分子鏈柔性聚合物分子鏈柔性表征高聚物的特征指標(biāo)表征高聚物的特征指標(biāo)高聚物

17、剛性因子越大，玻高聚物剛性因子越大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越璃化轉(zhuǎn)變溫度越高高33Tm vs. Tgn結(jié)晶聚合物的熔融過程結(jié)晶聚合物的熔融過程與金屬或小分子的與金屬或小分子的異同：異同： 相相同點(diǎn)：都是同點(diǎn)：都是熱力學(xué)平衡一級相轉(zhuǎn)變熱力學(xué)平衡一級相轉(zhuǎn)變過程；過程； 不不同點(diǎn)：小分子晶體在熔融過程，熔融溫度范圍同點(diǎn)：小分子晶體在熔融過程，熔融溫度范圍很窄，一很窄，一般僅般僅0.2左右，可左右，可名符其實(shí)地稱之為熔名符其實(shí)地稱之為熔點(diǎn)。結(jié)晶聚合物的熔融過程，呈現(xiàn)一個較寬的熔點(diǎn)。結(jié)晶聚合物的熔融過程，呈現(xiàn)一個較寬的熔融溫度范圍，融溫度范圍，約約10C左右左右即存在一個即存在一個“熔限熔限”（熔熔程程）；一般

18、將其最后完全熔融時的溫度稱為熔點(diǎn)一般將其最后完全熔融時的溫度稱為熔點(diǎn)T Tm m。n原因：原因：試樣中含有完善程度不同（片晶厚度不同）試樣中含有完善程度不同（片晶厚度不同）的晶體。的晶體。n測測TmTm方法：有方法：有DSCDSC、DTADTA、PLMPLM、膨脹計法、變溫、膨脹計法、變溫IRIR、變溫、變溫WAXDWAXD。 熔限Tm)(CpgvTDSC應(yīng)用實(shí)例說明相轉(zhuǎn)變點(diǎn) Phase Transition - Tg, Tc, Tm .氧化誘導(dǎo) Oxidative Induction Research固化 Curing Reaction Analysis結(jié)晶 Crystallization

19、Analysis質(zhì)量控制 QA/QC Application34未知樣品的一般分析步驟未知樣品的一般分析步驟樣品熱樣品熱歷史歷史第一周用于第一周用于消除熱歷史消除熱歷史第二周反映樣第二周反映樣品真實(shí)狀況品真實(shí)狀況如果有可能事先用如果有可能事先用TGA等其他手段確定樣品的分解溫度等其他手段確定樣品的分解溫度35依據(jù)熔點(diǎn)判斷未知樣品的種類依據(jù)熔點(diǎn)判斷未知樣品的種類36注意點(diǎn)注意點(diǎn)1、采用相同的控溫程序設(shè)置；、采用相同的控溫程序設(shè)置；2、使用第二周的、使用第二周的DSC曲線用于鑒別曲線用于鑒別 采用采用IR難以區(qū)分難以區(qū)分差異所在差異所在對于熔點(diǎn)相同的樣品如何鑒對于熔點(diǎn)相同的樣品如何鑒別？別？ 用結(jié)

20、晶溫度鑒定用結(jié)晶溫度鑒定142 C105 C37運(yùn)用熔點(diǎn)和焓值定量樣品組分相對含量運(yùn)用熔點(diǎn)和焓值定量樣品組分相對含量尼龍尼龍6：尼龍：尼龍66 = 50：50樣品樣品38 高分子Tg分析熱歷史不同熱處理溫度對PET曲線的影響39第一個熔融峰隨處理溫度提高出現(xiàn)正移，說明晶體完善程度較好第一個熔融峰隨處理溫度提高出現(xiàn)正移，說明晶體完善程度較好40 高分子的Tg分析共聚物(ABS)測試Acrylonitrile - Butadiene Styrene丙烯腈-丁二烯-苯乙烯Tg 2=110 oCTg 1= -84 oCT (oC)-100-60-202060100140Heat Flow (mW)Ra

21、nge:Heating Rate:Weight:20 mW40 oC/min14.9 mgEndothermic41 高分子的 Tm 分析 熱歷史的影響 Nylon12Cooled at 20 oC/minQuench CooledArea = Heat of Melting53.1 J/gArea = Heat of Melting56.8 J/gT (oC)10012014016018020080Heat Flow (mW)Range:Heating Rate:Weight:40 mW20 oC/min9.5 mgEndothermic42 高分子的高分子的 Tm 分析分析 增塑劑的影響增

22、塑劑的影響Nylon 11 - Effect of PlasticizerNylon 11+PlasticizerNylon 11Tm =187 oCTm=179 oCT (oC)120140160180200220100Heat Flow (mW)Range:Heating Rate:Weight:40 mW20 oC /minBoth Samples 6.8 mgEndothermic高分子的高分子的 Tm 分析分析 結(jié)晶度計算結(jié)晶度計算HDPEHeating Rate : 10oC/minWeight : 7.1 mgHeating Flow Endo up (mcal/sec)T (o

23、C)20120140160180100806040Tm = 133 oC%Crystallinity = 54.5 cal /gm 68.4 cal /gm X 100% = 79.7 % Area = DHf = 54.5 cal/gm Hf計算方法： 1、采用已知結(jié)晶度的樣品作結(jié)晶度- Hf 曲線，外推得到100%結(jié)晶度的Hf。 2、采用模擬樣品熔融熱焓來計算結(jié)晶度，但是會引入較大的誤差。4344 比熱測試 - Cp yy結(jié)晶測試結(jié)晶測試等溫測試等溫測試一般步驟一般步驟加熱超過熔點(diǎn)加熱超過熔點(diǎn)等溫確保完全熔融等溫確保完全熔融快速降溫至指定溫度快速降溫至指定溫度 在低于熔點(diǎn)的特定溫度等溫在低

24、于熔點(diǎn)的特定溫度等溫timetemperatureaboveTmbelowTm程序溫度設(shè)置曲線程序溫度設(shè)置曲線斜率代表控溫速率斜率代表控溫速率45可得到聚合物完整的等溫結(jié)晶曲線可得到完整的放熱曲線極短的平衡時間補(bǔ)償式補(bǔ)償式DSC 8000/8500極短的平衡時間極短的平衡時間46動力學(xué)分析 - Isothermal KineticsCrystallizationofPET47等等溫固化溫固化DSC 8000/8500優(yōu)勢48 固化固化度對Tg的影響 DSC Heat FlowTemperatureDSCTgAsFunctionofCure LessCured MoreCured 4950 固化

25、固化度的影響DSC Heat FlowTemperatureDecreaseinCureExothermAsResinCureIncreases LessCured MoreCured 功率補(bǔ)償型功率補(bǔ)償型DSC超高解析度超高解析度液晶材料隨著分子排列的有序程度改變，會呈現(xiàn)出許多不同的相變。然而這些相變所產(chǎn)生的能量變化都相當(dāng)微小，不易檢測。在右圖中的85-95 C放大后,可以觀察到有許多的吸熱峰，而且這些能量變化相當(dāng)微小(0.024J/g)。由此可證明,功率補(bǔ)償型DSC具有高解析度及高靈敏度。 51O.I.T. 測試測試Oxidative氧化氧化Induction誘導(dǎo)誘導(dǎo)Time時間時間OIT

26、時間可以用于評價聚烯烴等材料在時間可以用于評價聚烯烴等材料在有氧氣氛有氧氣氛下的熱穩(wěn)定性能；下的熱穩(wěn)定性能；可以作為材料的氧化穩(wěn)定性能的模擬質(zhì)量評價方法；可以作為材料的氧化穩(wěn)定性能的模擬質(zhì)量評價方法；可以作為改善氧化穩(wěn)定性能的工藝配方的檢測方法；可以作為改善氧化穩(wěn)定性能的工藝配方的檢測方法；在在OIT試驗(yàn)中，樣品放入開口坩堝中，首先加熱到指定溫度，然后等試驗(yàn)中，樣品放入開口坩堝中，首先加熱到指定溫度，然后等溫，同時切換氮?dú)獾窖鯕?，從切換成氧氣的時刻起，到樣品發(fā)生氧化溫，同時切換氮?dú)獾窖鯕猓瑥那袚Q成氧氣的時刻起，到樣品發(fā)生氧化誘導(dǎo)的誘導(dǎo)的onset時間，稱為時間，稱為OIT。52等溫溫度等溫溫度

27、對對PE纖維纖維O.I.T.的影響的影響53氣體種類及其流速氣體種類及其流速對對PE纖維纖維O.I.T.的影響的影響54坩堝材料坩堝材料對對PE纖維纖維O.I.T.的影響的影響55Stepwise Scan 調(diào)制功能原理56意義在于可以區(qū)別動力學(xué)過程和熱力學(xué)過程意義在于可以區(qū)別動力學(xué)過程和熱力學(xué)過程等溫過程必須足夠長能夠令樣品穩(wěn)定；步進(jìn)溫度大小決定了曲線的分辨率等溫過程必須足夠長能夠令樣品穩(wěn)定；步進(jìn)溫度大小決定了曲線的分辨率PET樣品步進(jìn)掃描DSC曲線57可以發(fā)現(xiàn)比熱容的變化曲線得到的熱力學(xué)玻璃化轉(zhuǎn)變過程與熱流率信號的動可以發(fā)現(xiàn)比熱容的變化曲線得到的熱力學(xué)玻璃化轉(zhuǎn)變過程與熱流率信號的動力學(xué)過程

28、熱焓松弛得到了完美的區(qū)分。力學(xué)過程熱焓松弛得到了完美的區(qū)分。StepscanDSC尼龍/ABS合金Raw data by traditional DSC conditions58StepscanDSCNylon/ABS合金Melting peak is apparent !放大后放大后59StepscanDSCNylon/ABS合金B(yǎng)oth Tg are apparent, too !60調(diào)制調(diào)制DSC的缺點(diǎn)的缺點(diǎn)實(shí)驗(yàn)非常耗時，效率不高實(shí)驗(yàn)非常耗時，效率不高參數(shù)設(shè)置需要經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置需要經(jīng)驗(yàn)結(jié)果需要謹(jǐn)慎對待結(jié)果需要謹(jǐn)慎對待 解決解決方法方法HyperDSC 技術(shù) 2009 Perkin Elme

29、r 63 純度測試輸入分子輸入分子量等參數(shù)可量等參數(shù)可以計算出純度以計算出純度%Vant Hoff 方程方程注意事項64ADE熔融面積對應(yīng)的Ts為G點(diǎn)，而非E點(diǎn) 該方法不能夠取代色譜或者光譜等方法，因?yàn)椴荒軌蚺袛嚯s質(zhì)是什么，尤其對于制藥業(yè)； 雜質(zhì)必須與主成分形成共晶，即可以共融，如果雜質(zhì)類型不影響結(jié)晶行為，如玻璃等則會影響結(jié)果準(zhǔn)確性； 只適用于純度高于98%的樣品類型； 標(biāo)準(zhǔn)偏差約為0.04%； 升溫速率小于1 C/min，樣品量13 mg。HyperDSCTM 技術(shù)技術(shù)定義定義 采用快速線性升降溫速率來測定材料熱流率隨溫度變采用快速線性升降溫速率來測定材料熱流率隨溫度變化的一項技術(shù)，一般而言

30、速率必須達(dá)到化的一項技術(shù)，一般而言速率必須達(dá)到300 C/min以上以上。6520100200300400500- 500 C/min- 400 C/min- 250 C/min- 100 C/min- 20 C/min 不同的掃描速率不同的掃描速率噴霧干燥法制備-乳糖DSC曲線HyperDSCTM有助于提高靈敏度Zoom in可保持良好分辨率可保持良好分辨率66噴霧干燥法制備乳糖的Tg隨掃速變化比較.- 500C/min Onset 79.3C- 400C/min Onset 80.1C- 500C/min Onset 80.5C- 250C/min Onset 79.8C- 100C/mi

31、n Onset 78.0CTg起始溫度受掃速影響較小起始溫度受掃速影響較小重現(xiàn)性較好重現(xiàn)性較好67部分結(jié)晶型乳糖可探測到的Tg極限信號？ Scanned at 250 C/min100% 結(jié)晶型乳糖結(jié)晶型乳糖HyperDSCTM可建立Tg與無定形含量準(zhǔn)確工作曲線傳統(tǒng)傳統(tǒng)DSC對于無定形含量檢測最低限度為對于無定形含量檢測最低限度為10% w/w；HyperDSC技術(shù)為多少？技術(shù)為多少？ 68無定形乳糖與完全結(jié)晶型乳糖混合物- 100% 無定形含量無定形含量- 11% 無定形含量無定形含量- 5% 無定形含量無定形含量- 4% 無定形含量無定形含量- 3% 無定形含量無定形含量- 1.5% 無定

32、形含量無定形含量 Scanned at 500 C/min傳統(tǒng)傳統(tǒng)DSC對于無定形含量檢測最低限度為對于無定形含量檢測最低限度為10% w/w；HyperDSC技術(shù)提高了近一個技術(shù)提高了近一個數(shù)量級為數(shù)量級為1% w/w。69Tg高度與無定形區(qū)含量定量關(guān)系 to 100% amorphous70DMA 8000也能夠勝任該任務(wù)也能夠勝任該任務(wù)Example of 2% and 75% amorphous Lactose Loss of Free Water Glass Transition Loss of Hydration Water Melting采用采用試料夾技術(shù)試料夾技術(shù)可以可以定量定

33、量分析分析無定型無定型粉末粉末樣品樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫玻璃化轉(zhuǎn)變溫度度與與無定型含量無定型含量的關(guān)系，指導(dǎo)的關(guān)系，指導(dǎo)藥物篩選工作。藥物篩選工作。-Lactose無定形含量分析（配制不同比例的混合物）75% Amorphous吸附水吸附水Tg結(jié)晶水結(jié)晶水熔融熔融71DMA設(shè)備-Lactose無定形含量分析Can plot relaxation strength against amorphic content to get a calibration graph Relaxation strength is defined as (1-Tand) of glass transition peak試

34、料夾技術(shù)檢測無定型含量檢測限可達(dá)試料夾技術(shù)檢測無定型含量檢測限可達(dá)2% w/w。72Carbamazepine卡巴咪嗪卡巴咪嗪DSC曲線曲線 using Conventional and HyperDSC ratesZoom inHyperDSCTM可以得到完整的樣品信息73 high sensitivity detailCarbamazepine 卡巴咪嗪卡巴咪嗪 容易丟失的兩容易丟失的兩個轉(zhuǎn)變過程個轉(zhuǎn)變過程74 Application of Second DerivativeCarbamazepine 卡巴咪嗪卡巴咪嗪 可采用二階導(dǎo)數(shù)來提高分辨率可采用二階導(dǎo)數(shù)來提高分辨率75Scanat1

35、0C/minForm III melts and crystallisesenthalpy of fusion has never been recorded polymorphismHyperDSCTM可以抑制藥物的特定晶型轉(zhuǎn)變可以抑制藥物的特定晶型轉(zhuǎn)變Carbamazepine 卡巴咪嗪卡巴咪嗪 Form IIIForm I meltsHOW MUCH is the heat of fusion for Form III?HOW MUCH of this was there at the beginning?Form I crystallizes76 increasing the scan

36、 rateCarbamazepine 卡巴咪嗪卡巴咪嗪 Form III77Form IIIForm IForm I重結(jié)晶過程完全抑制，可以準(zhǔn)確計重結(jié)晶過程完全抑制，可以準(zhǔn)確計算算Form III的熔融熱值的熔融熱值109.5 J/g HyperDSC 可以抑制重結(jié)晶過程，從而消除晶型互變可以抑制重結(jié)晶過程，從而消除晶型互變過程對熔融熱值測量的影響。過程對熔融熱值測量的影響。 允許用戶獲得真實(shí)的晶型組分信息。允許用戶獲得真實(shí)的晶型組分信息。What about mixtures and seeding?Carbamazepine 卡巴咪嗪卡巴咪嗪 Form IIIHOW MUCH is the

37、 heat of fusion for Form III?HOW MUCH of this was there at the beginning?78 scanned at 500 C/minForm IForm IIICarbamazepine Form III : Form I = 95:5HyperDSCTM有助于藥物的多晶型純度分析有助于藥物的多晶型純度分析Form IForm IIICarbamazepine Form III : Form I = 40:6079Form IIIForm I樣品盤樣品盤Form IForm III scanned at 500 C/minCarbam

38、azepine Form III : Form I = 1:99HyperDSC技術(shù)檢測限為技術(shù)檢測限為1%左右；左右；相比較下相比較下 FTIR、XRD等分析方法檢測限為等分析方法檢測限為5%80定性定性ok，定量如何？，定量如何？Carbamazepine Form III : Form I = X （X=1-99%）理論值理論值實(shí)測值實(shí)測值兩種晶型直接接觸混合兩種晶型直接接觸混合理論值理論值純純Form III H值值 % Form I晶型存在誘導(dǎo)結(jié)晶，因此晶型存在誘導(dǎo)結(jié)晶，因此Form III實(shí)測值小于理論值；而實(shí)測值小于理論值；而Form I實(shí)測值大于理論值。實(shí)測值大于理論值。FOR

39、M IFORM III理論值理論值實(shí)測值實(shí)測值 scanned at 500 C/min81Carbamazepine Form III : Form I = X （X=1-99%）兩種晶型非接觸混合兩種晶型非接觸混合理論值與實(shí)測值基本吻合理論值與實(shí)測值基本吻合 scanned at 500 C/min再次證明了再次證明了500 C/min掃速下可以抑制晶型互變掃速下可以抑制晶型互變可以用于測試賦形劑與藥物的相容性問題可以用于測試賦形劑與藥物的相容性問題82Form IIIForm I樣品盤樣品盤噴霧干燥制備得到的肝磷脂DSC曲線Large water loss peakNo Glass Transition evident scanned at 10