研究与评论:药物分析杂雷竞技苹果下载志
菜单e-ISSN: 2320 - 0812
e-ISSN: 2320 - 0812
Kodre KV, Attarde SR, Yendhe PR, Patil RY，和Barge VU＊
PDEA的Shankarrao Ursal药学科学学院和研究中心，Kharadi，浦那- 411014，马哈拉施特拉邦，印度
收到日期:2014年4月17日;接受日期:2014年5月28日
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热分析包括一组技术，其中a物理性质一种物质的温度被测量到一个受控的温度程序。其中之一热分析技术,差示扫描本文综述了量热法。研究多种不同材料的热致性是一种高灵敏度的技术生物大分子和提取。所给出的结果差示扫描量热法曲线取决于样品的制备和仪器的灵敏度。介绍了几种类型的差示扫描量热仪及其应用。本文还尝试介绍较新的差示扫描量热法技术。
热分析，差示扫描量热法，连字符技术。
在过去的几年中，热分析方法已被广泛接受分析化学．热分析一词包含了这些技术，在这些技术中，系统的某些物理参数被确定和/或记录为温度的函数[1］．热分析已被用于测定聚合物、电子电路板、地质材料和煤炭的物理和化学性质[2］．
差示扫描量热法(DSC)是其中之一thermo-analytical技术．量热计用来测量进入或流出样品的热量。差示量热计测量样品相对于参考物的热量。差示扫描量热计完成上述所有工作，并以线性温度斜坡加热样品[3.］．DSC是一种技术，在这种技术中，增加样品和参考样品温度所需的热量的差异是作为温度的函数来测量的。在整个实验过程中，样品和参比都保持在几乎相同的温度。一般来说，DSC分析的温度程序设计使样品夹温度随时间线性增加。进行分析只需要几毫克的材料。DSC是最常用的热分析方法，主要是因为其速度快、简单和可用性[4］．主要用于定量分析[2］．
当一个样品经历一个物理变换，例如相变，与参考样品(通常是空的样品盘)相比，更多或更少的热量将流向样品，以保持相同的温度。是否必须有更多或更少的热量流向样品取决于该过程是放热还是吸热。
例如，当固体样品融化为液体时，需要更多的热量流向样品以增加其温度，速率与参考样品相同。这是由于样品在经历从固体到液体的吸热相变时吸收了热量。同样，当样品经历放热过程时。(如结晶)提高样品温度所需的热量较少，DSC通过观察样品与参比之间热流的差异，可以测量在这种转变过程中吸收或释放的热量[5］．
DSC仪器有四种不同类型
•热流DSC
•功率补偿DSC
•调制DSC
•超级DSC
•压力DSC
热通量
在热流DSC中，当样品温度以恒定速率变化时，测量进入样品和参考样品的热流之差[4］．DSC单元的主要组件被封装在一个圆柱形的银色加热黑色中，通过连接到银块上的constantan圆盘将热量散发到样品中。圆盘上有两个凸起的平台，上面放置样品盘和参考盘。每个平台的底部都连接着一个铬镍合金盘和连接线，由此产生的铬-康斯坦坦热电偶用于确定感兴趣的温差。连接到铬盘上的铝合金线提供了铬铝合金连接，用于独立测量样品和参考温度。
嵌在银块中的独立热电偶作为编程加热循环的温度控制器。惰性气体以约40毫升/分钟的恒定流速通过电池[6］．
图1:热通量DSC
在热流DSC中，我们可以把总热流dH/dt写成，
H = J mol的焓－1
Cp= JK的比热容－1摩尔－1
f (T, T)=以J mol为单位的样品动力学响应－1
因此，总热流是两项的和，一项与热容有关，另一项与动力学响应有关
最基本的HF- DSC-类型
圆盘式测量系统-热通量DSC
圆盘式测量系统的热交换是通过一个固体样品支撑盘进行的。主热流从炉中对称地通过带介质的圆盘热导率；这是它的主要特点。
在某些情况下，磁盘是由金属(如铂)的组合制成，并覆盖着陶瓷。修改DSC的磁盘类型是非常常见的。一种是具有三重测量系统的HF-DSC。在三个不同的位置，比热的测量只需一次运行。在经典的HF-DSC设备中，必须进行三次测量(用空坩埚，用蓝宝石或已知的惰性样品，用被研究的样品)。另一种改进是高压HF-DSC，用于确定蒸汽压力和蒸发热。其特点是灵敏度高，样本量小[7］．
图2:带圆盘式测量系统[8]的热通量DSC示意图
气缸测量系统-热流DSC
在圆柱形测量系统中，热交换发生在(大的)圆柱形样品腔和具有低导热系数的炉(热电堆)之间。只有较低的加热和冷却速率是可能的。即使样品体积大，单位体积的灵敏度也很高。这个系统比前两个测量系统有更大的时间常数。采用Calvet原理的热流DSC采用圆柱式测量系统，将两个烧结氧化铝圆筒平行对称地置于加热炉内。
这里使用的坩埚是用不锈钢制成的。带圆筒测量系统的HF-DSC适用于大样品。
图3:的热通量DSC带圆筒式测量系统(Calvet)[10]
与其他仪器相比，圆筒型有更大的体积，因此有更长的时间常数，可以长达40分钟[7］．
塔式测量系统-高频DSC
在转塔式热交换发生通过小空心圆柱，也作为样品支撑。小的空心圆柱体用于样品支撑和热交换。转塔测量系统是确定金属纯度的理想选择。
转塔系统的优点是热量从夹套传递到样品，因为它通过一个薄壁圆筒。这样可以获得很短的导热路径。
系统体积小，特征时间短。样品与present之间无干扰。转塔型是特殊的，因为第三个热电偶测量热惯性。这就是所谓的Tzero DSC技术[7］．
图4:转塔式测量系统HF-DSC [7]
微差DSC改性HF DSC
图5:热通量微差DSC
该方法结合了等温量热计和HF-DSC模式设备。在等温量热计中，样品产生的热量通过热阻流入水套。测量热阻上的温差。[8微DSC具有与普通DSC设备相同的测量热性能的能力。
其优点之一是灵敏度非常高，但另一方面温度范围非常窄(-20°C至≈120°C)。使用这种类型的设备是研究结晶的理想选择，因为冷却和加热速率甚至可以低于0.001°C/min(响应时间为几秒钟)，也适用于确定液晶中固体和液体之间的中间相等相变[9］．
功率补偿DSC
在功率补偿DSC中，样品和参比的温度保持相等，而两者的温度线性升高或降低。测量维持样品温度等于参考温度所需的功率。功率补偿DSC采用两个独立的加热单元。这些加热装置非常小，可以快速加热、冷却和平衡。加热单元嵌在一个大的温度控制散热器中。
样品和参考支架有铂电阻温度计，以连续监测材料的温度。通过给样品和参考加热器通电，样品和参考加热器都保持在设定的温度。
仪器记录所需的功率差，以保持样品和参考在相同的温度作为编程温度的函数。功率补偿DSC比热流补偿DSC灵敏度低，但响应时间快。
这使得功率补偿DSC非常适合动力学研究，其中需要快速平衡新的温度设置。它也能够比热流DSC更高的分辨率[4］．
图6:功率补偿DSC
所有PC DSC在基本原理上是相同的。但是，其中一种特殊的PC DSC是照片DSC。在光源下直接测量辐射流。这样也可以观察到材料的降解情况。未改性PC DSC的最大加热速率可达500K/min，最大冷却速率可达400k /min。测量温度范围可达400℃，时间常数仅为1.5 s或更低。样品质量约为20毫克。不同体积的坩埚(小于几十立方毫米)大多由铝制成[7］．
调制DSC
调制DSC采用与热通量DSC方法相同的加热和电池布置。这是1993年引进的新技术[4］．
这种技术的主要优点是在DSC扫描中分离重叠事件。在MDSC中，通常线性的加热斜坡与由频率和振幅定义的正弦函数(MDSC)叠加，以产生正弦波形状的温度与时间函数。
利用傅里叶数学，DSC信号被分成两个部分:反映不可逆事件(动力学)和可逆事件，
,温度T =
C =比热
t =时间
w =频率
f(t, t)=减去正弦波调制的影响后的平均下动函数。
K=正弦波调制的动力学响应振幅。
[b+Bw cos (wt)]=测量量dT/ dT或反转曲线。
MDSC是传统DSC的有价值的扩展。该方法可用于玻璃化转变温度的精确测定和弛豫能的研究。它已被应用于羟丙基甲基纤维素薄膜玻璃化转变的测定和非晶态乳糖及一些玻璃性药物的研究[11］．
超级DSC
PC-DSC或新型功率补偿DSC的高分辨率为分析金属的熔化和结晶或检测药物中的玻璃化转变温度(Tg)提供了最佳结果。快速扫描DSC能够以快速线性控制速率(高达500 K/min)执行有效的热流测量，特别是通过冷却，其速率高于经典PC DSC。标准DSC在10 K/ min下工作。这种设备的好处是在更高的速率下提高灵敏度(这可以更好地研究过程中的动力学)，抑制不需要的转变，如固体-固体转变等[12］．在500k /min的加热速率下，1 mg样品材料也有很大的灵敏度。这种技术特别适用于制药工业在不同温度下测试药物，需要快速加热以避免其他不必要的反应等[7］．
DSC的压力
在压力DSC中，样品可以被提交到不同的压力下，这允许在工艺压力下对物质进行表征或区分重叠峰[11］．该技术的应用包括压敏反应的研究、催化剂的评价和重叠过渡的解决[2］．
仪器的校正温度校准
测量的温度值与位于样品下面的热电偶产生的电动势有关。电动势转换为温度单位使用标准校准图表，但几个影响导致热电偶老化和移位校准。因此，建议使用具有精确熔点的物质校准温度轴。大多数DSC仪器允许在有限的温度范围内进行校准。在校准温标时
温度值时，还必须考虑热位移(DTL)。尽管如此，在校准测量过程中使用非常低的加热速率原则上可以避免温度漂移效应。
焓校准
能量校准是通过测量已知的标准样品比热或焓的变化来进行的。热通量DSC系统的热平衡方程如下(eqn.7):
dH'/dt指放热转变的热演化;右边的第一项是基线校正后DSC峰值下的面积。第二项是指实际基线(这用于比热测定)。最后一项考虑了这一事实，即部分进化的热量将被样品消耗以加热自身。它不影响DSC峰面积，但可能使峰形状扭曲。
当dH'/dt = 0时，的第二项可用于确定比热。该方法涉及样品和参比之间热位移(差)的比较。该系统首先用蓝宝石样品校准，以便
其中，m =试件的质量
校正常数
C蓝宝石=蓝宝石比热容
qY =轴距(Js/mm)
升温速率
Y =在感兴趣的温度下，样品(或蓝宝石)和“空”运行(空白曲线)之间Y轴偏转的差值。
焓变可以通过测量DSC曲线上DT与时间的峰下面积来确定。当仪器处于校准模式时，公式(1)所示形式的关系适用于[6］．
典型DSC曲线
图7:DSC曲线
DSC实验的结果是热通量随温度或时间变化的曲线。这条曲线可以用来计算跃迁焓，这是通过积分对应于给定跃迁的峰值来完成的。跃迁焓可以用公式表示:
式中ΔH =跃迁焓，
K=量热常数，
A=峰下面积。
量热常数因仪器的不同而不同，可以通过分析具有已知跃迁焓的特征良好的材料来确定。峰下面积与反应吸收或产生的热量成正比。峰的高度与反应速率成正比[12］．
影响DSC曲线的因素
影响DSC曲线的因素有两种
仪器因素
•炉膛加热速率
•记录或图表速度
•炉膛气氛
样品架的几何形状/传感器的位置
•记录系统的灵敏度
•样品容器的组成
样本特征
•样品量
•样品性质
•样品包装
•气体在样品中的溶解度
•颗粒大小
•反应热
•导热系数[1］．
热容的测定
DSC图可用于确定热容。当聚合物加热时。当我们开始加热两个平底锅时，电脑会画出两个加热器输出的热量与温度的差值也就是聚合物吸收的热量与温度的差值。
热流为单位时间(t)提供的热量(q)，升温速率为单位时间(t)的温升(ΔT)，
热流=热量/时间= q/t
升温速率=温升/时间= ΔT / t
通过热流(q/t)除以加热速率(ΔT/t)。最终得到的热量供给除以温升，这被称为热容。
当一定量的热量传递给样品时，它的温度会升高一定量，而得到一定温度升高所需要的热量称为热容，即Cp。
玻璃化转变温度
在进一步加热聚合物到一定温度时，图会突然向下移动，就像这样:
这意味着有更多的热流。聚合物的热容增加了。发生这种情况是因为聚合物刚刚经历了玻璃化转变(它是无定形材料从坚硬、脆性状态转变为熔融橡胶状态的可逆转变)。由于这种发生在玻璃化转变时的热容变化，我们可以使用DSC来测量聚合物的玻璃化转变温度。
结晶
在玻璃化转变后，聚合物具有很大的迁移率。它们会扭动身体，从不长时间保持一个姿势。但当它们达到合适的温度时，它们会释放出足够的能量，形成非常有序的排列，这被称为晶体。当聚合物落入这种晶体结构时，它们会释放出热量。所以它不需要放出太多热量来保持样品锅的温度上升。热流的下降在热流与温度的关系图中是一个很大的峰值。
峰中最高点的温度通常被认为是聚合物的结晶温度，或称tc3，也可以测量峰的面积，它告诉我们聚合物的结晶势能。但最重要的是，这个峰告诉我们聚合物实际上可以结晶。如果分析100%的无定形聚合物，如聚苯乙烯，则不能得到这个峰，因为这种材料也不结晶，因为聚合物在结晶时释放热量，称为结晶是放热转变
融化
如果聚合物被加热超过其Tc，最终达到另一个热转变，称为熔化。当聚合物的熔化温度达到Tm时，聚合物晶体开始崩解，即熔化。在DSC图上可以发现，聚合物结晶时释放的热量在到达Tm时被吸收。这是熔化的潜热，就像结晶的潜热一样。当聚合物晶体融化时，它们必须吸收热量才能融化。熔解是一阶跃迁。这意味着在熔化温度下，聚合物的温度不会上升，直到所有的晶体都融化了。样品锅下面的加热器必须向聚合物中注入大量的热量，以使晶体融化，并保持温度以与参考锅相同的速度上升。
融化过程中额外的热流在DSC图上表现为一个大的下降，如下图所示:
把它放在一起-第一步，当聚合物加热超过其玻璃化转变温度。
然后当聚合物达到结晶温度时出现一个大的峰值。最后，当聚合物达到熔化温度时，会有一个很大的下降。把它们放在一起，整个情节通常是这样的
结晶峰和熔点只会出现在能形成晶体和熔点的聚合物上。完全无定形的聚合物不会表现出任何结晶，或任何融化。但同时具有晶体和非晶态结构域的聚合物将表现出玻璃化转变的所有特征，没有倾斜，也没有峰值。这是因为在玻璃化转变过程中聚合物没有释放或吸收潜热。
熔化和结晶都涉及到释放或吸收热量。玻璃化转变温度是聚合物热容的变化。因为有热容的变化，但是没有潜热参与玻璃化转变，玻璃化转变是二级转变。像熔化和结晶这样有潜热的转变被称为一阶转变
DSC被用于液晶的研究。有些物质从固体变成液体;它们进入第三种状态，显示出两个相的特性。这种各向异性液体被称为a液体结晶态或中胚态。使用DSC，观察当物质从固体转变为液晶和从液晶转变为各向异性液体时发生的微小能量变化。
为了研究样品的氧化稳定性，通常需要一个密闭的样品室。通常，通过改变样品的气氛等温(在恒定温度下)进行。首先，在惰性气氛(通常是氮气)下，将样品带到所需的测试温度。然后，向系统中加入氧气。发生的任何氧化都被观察为基线的偏差。这种分析可用于确定材料或化合物的稳定性和最佳储存条件。
DSC广泛应用于制药和聚合物行业。对于聚合物，DSC是一种研究固化过程的工具，可以对聚合物性能进行微调。的交联在固化过程中发生的聚合物分子的反应是放热的，导致DSC曲线出现一个峰值，通常在玻璃化转变后不久出现。
在制药行业为了确定加工参数，有必要对药物化合物进行良好的表征。例如，如果需要以非晶态形式传递药物，则需要在低于结晶可能发生的温度下处理药物。
一般化学分析
熔点降低法可用作纯度分析工具。这是可能的，因为混合物融化的温度范围取决于它们的相对量。因此，较低纯度的化合物将表现出较宽的熔点，熔点开始于较低的温度。
聚合物
DSC被广泛用于检测聚合物的组成。大多数聚合物的熔点和玻璃化转变温度可从标准汇编中获得，该方法可以通过降低预期熔点来显示可能的聚合物降解，这取决于聚合物的分子量，因此较低等级的熔点将比预期的熔点低。
聚合物中的杂质可以通过检查热图中的异常峰来确定，而增塑剂可以在其特征沸点处检测到。
食品科学
在食品科学研究中，DSC与其他热分析技术一起用于确定水动力学。水分布的变化可能与纹理的变化有关[13］．
DSC通常不像TGA那样频繁地使用连字符，但已经使用了连字符。DSC-IR已被用于观察药物中进化的溶剂，而DSC-MS已被用于观察陨石和月球岩石的成分。它也用于材料纯度的测定(聚合物、无机化合物、药品等)。
DSC还与FT-IR显微镜相结合，以观察样品在DSC运行期间的变化。可能最有前途的连字符技术是DSC-Raman，当样品在DSC剖面中运行时，样品被拉曼激光照射。由于拉曼光谱仪的特性，它非常适合于这种情况，因为它既不需要对反射光谱进行任何处理，也不需要使用特殊的传输路径单元。DSC-Raman在研究多态材料、聚合结晶、玻璃转变链运动以及氢键聚合物方面显示出巨大潜力。
高压(HP) DSC的使用有几个原因:首先，氧化稳定性测试在常压下可能需要太长时间，不方便。其中一个例子就是研究机油中的抗氧化剂。其次，一些反应形成水或甲醇作为副产物，导致样品起泡。更高的压力会抑制它。第三，某些反应动力学受压力影响，需要在可控压力下进行反应研究。最后，像Tg和沸点这样的转变对压力有响应，在压力下运行DSC可以让你研究这个。对于沸点，压力DSC可以让你计算样品的蒸汽压。
UV-DSC或Photo-DSC是一种DSC，它经过了调整，允许样品在运行过程中暴露在紫外线下。这可以用几种类型的光源来完成，比如汞灯或led，在一定的频率和强度范围内。UV-DSC允许在DSC中研究UV引发的固化系统，如用于牙科树脂、骨科骨水泥、水凝胶、油漆或涂料和粘合剂的系统。它补充了UV-DMA技术，允许您获得这些系统的机械信息。UV-DSC可以研究固化的效率，并为固化系统开发动力学模型。UV- dsc还用于研究材料在紫外线辐射下的分解。这可以理解对药物储存的影响，对聚合物和橡胶中的抗氧化剂包装的影响，对食物动力学的影响，以模拟紫外光降解。由于紫外线强度高，加速测试是可能的[14］．
本文介绍了一种灵敏度高、精度高的热分析技术，即差示扫描量热法，该技术因其速度快、简单易行而被广泛应用。它主要用于定量分析。它在聚合物、液晶研究、食品科学、化学和药物分析等各个领域都有应用。本文详细介绍了几种DSC仪器及其应用。并简要介绍了DSC中较新的连字符技术。
