A função principal do calométrico de varredura diferencial (DSC) é medir o efeito térmico da amostra durante o controle da temperatura do programa. A essência do seu princípio de funcionamento é a compensação dinâmica do fluxo de calor e a medição precisa, que em última análise alcança a quantificação de parâmetros termodinâmicos críticos como entalpia, ponto de fusão e temperatura de transição de vidro.
Projeto básico: medição de simetria e diferencial
O componente central do DSC é um forno quente de precisão com duas plataformas de medição separadas: uma para a colocação de amostras medidas (S) e outra para a colocação de matérias de referência inertes (como um crucel vazio ou pó de óxido de alumínio). As duas plataformas estão intimamente ligadas por meio de um sensor de fluxo de calor, formando um sistema de medição simétrico. Este design diferencial foi projetado para eliminar a interferência térmica de fundo, medindo apenas o efeito térmico da própria amostra.
Processo de trabalho: compensação dinâmica da diferença de fluxo térmico
Durante todo o processo experimental (por exemplo, aquecimento, resfriamento ou termostato), o sistema de controle do instrumento está sempre empenhado em manter a temperatura da extremidade da amostra consistente com a da extremidade de referência. Quando as amostras sofrem alterações físicas ou químicas (como absorção de calor por fusão ou desenaquecimento por cristalização), elas absorvem ou liberam calor, tentando mantê-lo abaixo ou acima da extremidade de referência.
Neste momento, o sistema de detecção do DSC detecta imediatamente essa pequena diferença de temperatura (no DSC de compensação de potência) e compensa rapidamente a energia elétrica correspondente para a extremidade da amostra ou da extremidade de referência, restabelecendo o equilíbrio de temperatura em ambas as extremidades. Esta potência é a compensação necessária para manter o equilíbrio de temperatura (unidades: mW), ou seja, diretamente igual à taxa de absorção ou liberação do fluxo de calor da amostra. Assim, o sinal vertical do instrumento é gravado diretamente como fluxo de calor (HeatFlow).
Interpretação de dados: da curva de fluxo de calor ao cálculo da entalpia
Finalmente, obtemos uma curva de fluxo de calor que varia com a temperatura ou o tempo. O pico (absorção de calor) ou o vale (emissão de calor) na curva representam o evento térmico da amostra.
O cálculo da entalpia (ΔH) é baseado nesta curva: o calor total absorvido ou liberado por um evento térmico é igual à integração de sua área de pico em relação ao tempo. A fórmula pode ser simplificada para ΔH=K×A/m, onde:
A é a área do pico.
m é a qualidade da amostra.
K é a constante instrumental (coeficiente de sensibilidade) que é calibrada medindo a entalpia de fusão conhecida de uma substância padrão, como o índio.
Em resumo, o DSC converte as mudanças térmicas sutis da amostra em sinais elétricos mensuráveis (diferenças de fluxo térmico) através de um design diferencial sofisticado e, finalmente, através de cálculos integrais, converte a curva de fluxo térmico dinâmico em dados quantificados de entalpia, revelando assim as propriedades térmicas essenciais do material.