МИНЕСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ГРОДНЕСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

Реферат по предмету «Методы исследования молока и молочных продуктов» на тему

«Дифференциально-термический  анализ и дифференциальная сканирующая  калориметрия»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Выполнил: студент 5 группы 3 курса инженерно-технологического               факультета

Нестерук И. Н.

 

 

 

 

 

 

Гродно 2011 г.

Оглавление

Дифференциально-термический  анализ 3

Дифференциальная  сканирующая калориметрия 10

Подготовка  образца 11

Калибровка 12

Практическое  использование метода ДСК 12

Измерение теплоемкости веществ. 12

Факторы, влияющие на результат измерений. 13

Калориметрические измерения (белок) 13

Мультидоменные  белки 14

Приборная база 15

Литература 23

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ  ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Метод дифференциального  термического анализа (ДТА) основан  на сравнении термических свойств  образца исследуемого вещества и  термически инертного вещества, принятого  в качестве эталона. Регистрируемым параметром служит разность их температур, измеряемая при нагревании или охлаждении образца с постоянной скоростью, которая может быть представлена в виде функции температуры образца, эталона или нагревателя. Изменения температуры образца вызываются физическими переходами или химическими реакциями, связанными с изменением энтальпии. К ним относятся: фазовые переходы; плавление; перестройка кристаллической структуры; кипение, возгонка и испарение; реакции дегидратации, диссоциации и разложения; окисления и восстановления; разрушение кристаллической решетки и др. Эти превращения сопровождаются поглощением или выделением тепла. В общем случае фазовые переходы, дегидратация, восстановление и некоторые реакции разложения сопровождаются эндотермическими эффектами, а кристаллизация, окисление и отдельные процессы разложения— экзотермическими эффектами.

Если обозначить температуры образца и эталона  соответственно T_s и Т_г, то регистрируемым параметром в дифференциальном методе, схематически изображенном на фиг. 5.1, будет разность температур T_s—Т_г. Название метода «дифференциальный термический анализ» несколько неудачно, так как собственно анализ, как это понимается в исследованиях с использованием любых других аналитических методов, может и не производиться. Более точно содержание метода отражало бы название дифференциальная термометрия. В термическом анализе (правильнее — термометрии) производится нагревание или охлаждение образца, а измеряемым параметром является его температура T_s, которая регистрируется в функции времени. Небольшие изменения температуры образца с помощью этого метода обычно не удается обнаружить. В дифференциальном методе регистрирующие термопары соединены навстречу друг другу, и поэтому даже незначительная разница между T_s и Т_г приводит к появлению разности потенциалов, кото-

рая при соответствующем  усилении сигнала может быть определена. Повышенная чувствительнось, характерная для дифференциального метода, позволяет исследовать образцы малого веса (вплоть до нескольких миллиграммов), что весьма важно.

Фиг. 5.1. Схема метода ДТА.

 

На фиг. 5.2 схематически изображены экспериментальные кривые, полученные двумя сравниваемыми методами. В термическом анализе образец нагревается с постоянной скоростью и температура образца регистрируется в функции времени (фиг. 5.2, а и б). На фиг. 5.2, а температура образца при нагревании возрастает по линейному закону. На фиг. 5.2, б наблюдаются отклонения от линейной зависимости, которые обусловлены экзо- и эндотермическими превращениями, происходящими в образце. Температура T_h при которой начинается отклонение, называется наблюдаемой температурой начала превращения (реакции). Превращение заканчивается при температуре T_f. При дальнейшем нагревании изменение температуры образца стабилизируется (продолжение линейной зависимости от времени). На фиг. 5.2, в представлена разность температур T_s—Т_г в функции температуры системы Т (образца, эталона или нагревателя). При T_t кривая отклоняется от горизонтального уровня с образованием пиков, направленных в зависимости от знака изменения энтальпии вверх или вниз. Температура окончания превращения T_f в этом случае не соответствует ни температуре максимума, ни температуре минимума пика, а расположена на его высокотемпературной ветви. Точное положение T_f зависит от ряда факторов, связанных с измерительными приборами. Таким образом, с помощью дифференциального метода легко обнаруживаются небольшие изменения температуры, а площадь пика кривой пропорциональна изменению энтальпии (±ДН) и массе образца.

Типичная кривая ДТА с четырьмя видами переходов  показана на фиг. 5.3. По числу, форме и положению различных экзо- и эндотермических пиков относительно шкалы температур производится качественная идентификация исследуемого вещества. Поскольку площадь пика пропорциональна изменению теплосодержания (энтальпии), метод ДТА может использоваться для пол у количественного, а в некоторых случаях количественного определения теплоты реакции. Теплота реакции пропорциональна количеству реагирующего вещества, и поэтому с помощью метода ДТА можно количественно оценить массу присутствующего вещества. Итак, рассматриваемый метод находит широкое применение в качественных и полуколичественных исследованиях органических и неорганических соединений, глин, металлов, минералов, жиров, масел, нефти, полимерных материалов, каменного угля, сланцев, древесины и других веществ. Метод ДТА можно также использовать для определения радиационных повреждений полимерных материалов, количества запасенной энергии радиации, теплоты адсорбции, эффективности катализаторов, теплоты полимеризации и др.

 

 

 

 

 

Фиг. 5.2. Сравнение методов термического анализа и дифференциального термического анализа.

 

С помощью этого  метода можно производить количественное определение концентрации реагирующего компонента смеси или энтальпии химических и физических превращений.

 

 

Фнг. 5.3. Типичная кривая ДТА.

I — сдвиг базовой  линии, обусловленный переходом  второго рода; II — эндотермический  пик, обусловленный плавлением; III —эндотермический пик, вызванный  реакцией разложения или диссоциацией; IV — экзотермический пик, обусловленный фазовым изменением в кристалле.

Дифференциально-термический  анализ

Термоаналитические методы служат для исследования физических и химических превращений в веществах или системах, протекающих под действием тепла.

Химические или  физические процессы - изменение состояния вещества или фазы (плавление, кристаллизация, испарение), горение, окисление, разложение и т.п. сопровождаются изменением внутреннего теплосодержания систем.

Процессы, сопровождающиеся выделением тепла, называют экзотермическими, а поглощением тепла - эндотермическими. Физико-химические процессы часто сопровождаются изменением массы, которое может быть определено при помощи термогравиметрического метода.

Дифференциальный  термический анализ (ДТА) — метод  исследования, заключающийся в нагревании или охлаждении образца с определенной скоростью и записи временной  зависимости разницы температур между исследуемым образцом и  образцом сравнения (эталоном), не претерпевающим никаких изменений в рассматриваемом  температурном интервале.

Метод дифференциально-термического анализа (ДТА) впервые разработан в 1887 году Ле-Шателье. Сущность этого метода заключалась в измерении микротоков термопары, помещенной в пробу, которая нагревалась с определенной скоростью. Изменения, происходящие в пробе при динамическом нагреве, фиксировались путем фотографирования на фотопластинке отраженной от зеркала гальванометра узкой световой полосы.

Метод используется для регистрации фазовых превращений  в образце и исследования их параметров.

Принцип измерения  современных приборов ДТА несколько  отличается от метода Ле-Шателье.

Тепловыделения (энтальпия  процесса) измеряются по дифференциальной схеме включения термопар. Одна из термопар измеряет температуру печи 1. Две другие термопары, включенные навстречу друг другу по схеме рис. 2 измеряют разность температур между нагревательной печью и испытуемым веществом при помощи градуированного по температуре милливольтметра и гальванометра. Испытуемое вещество располагают в отверстие III блока. В него помещают спай термопары III. Спаи термопар I и II помещают в инертное вещество, которое не претерпевает в исследуемом диапазоне температур изменений.