Dynamische Differenzkalorimetrie: Bedeutung und Hintergrund des Messverfahrens
Wenn eine bestimmte Wärmemenge gemessen werden muss, stehen verschiedene Analyseverfahren zur Verfügung. Dann kommt in der Regel die sogenannte Dynamische Differenzkalorimetrie zum Einsatz. Die Wärmemenge wird bestimmt, indem eine Probe erhitzt oder abgekühlt wird.
Anschließend gibt sie über einen Temperaturbereich eine bestimmte Wärmemenge ab, die dann gemessen wird. Mit Hilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie können dann nicht nur alle thermischen Eigenschaften eines Materials angegeben werden, es wird auch die Temperatur bei bestimmten Phasenübergängen gemessen.
Was verbirgt sich hinter der Dynamischen Differenzkalorimetrie?
Die Dynamische Differenzkalorimetrie, kurz DDK, ist ein wichtiger Bestandteil bei der thermischen Analyse. Dabei wird nicht nur die Temperatur einer Wärmemenge gemessen, sondern auch die exothermen und endothermen Übergänge. Dabei handelt es sich um ein dynamisches Verfahren, worin auch der Unterschied zur klassischen Kalorimetrie besteht.
Bei einem Kalorimeter handelt es sich um eine isolierte Kammer. In diese wird eine bestimmte Probe platziert, die von einem Medium umgeben ist. Diese Probe wird dann mit einer speziellen Wärmemenge erhitzt, wodurch ein Temperaturunterschied entsteht. Dieser Unterschied herrscht zwischen der Probe und dem Medium, wodurch verschiedene Fakten gewonnen werden können:
- Informationen über der Wärmeabgabe
- Wärmeverbrauch der Probe
- Wärmekapazität der Probe
Bestandteil der Dynamischen Differenzkalorimetrie ist die Nutzung einer Probe und einer Referenz, die sich unter gleichen Bedingungen befinden.
Anwendungsbereiche
Die Dynamische Differenzkalorimetrie findet in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung. Dazu gehören vor allem die Biologie, die Chemie und Biochemie, aber auch die Pharmakologie und Polymercharakterisierung.
So werden zum Beispiel Polymere mit Hilfe einer Differential-Scanning-Kalorimetrie analysiert. Dadurch kann ein thermischer Übergangspunkt bestimmt werden, inklusive Schmelz-, Kristall- oder Glasübergangstemperatur. Solche Übergänge bestimmen verschiedene Betriebsbereiche, in denen das Polymer eine spezielle Funktion erfüllt.
Aber auch Materialien aus der Pharmazie lassen sich mit Hilfe einer Dynamischen Differenzkalorimetrie untersuchen. So kann geprüft werden, ob ein Hilfsstoff und ein Arzneimittel miteinander kompatibel und verträglich sind.
Ebenso lassen sich Strukturveränderungen nach einer bestimmten Zeit mit Hilfe der DDK bestimmen und untersuchen. Es können demnach Daten gewonnen werden, die Informationen über Auswirkungen auf die Lagerung, Haltbarkeit oder Verarbeitungsbedingungen eines Produkts liefern.
Die Dynamische Differenzkalorimetrie wird auch genutzt, um sich mit dem Einfluss von Füllstoffen, Additiven oder anderen Materialverarbeitungen zu beschäftigen. Dabei entstehen bei der Analyse unterschiedliche, charakterisierende Kurven, die vor allem auch bei der Qualitätskontrolle wichtig sind.
Unterschied zwischen DKK und und DTA
Während die Dynamische Differenzkalorimetrie die Wärmestoffdifferenz misst, wird die Differenz Thermoanalyse primär für die Temperaturdifferenz zwischen einer Probe und Referenzprobe genutzt. Dabei werden die Geräte der DKK nach zwei bestimmten Messprinzipen gebaut: dem Wärmestromprinzip und Leistungskompensationsprinzip.
Messgeräte
Mittlerweile gibt es großes Angebot an geeigneten Dynamischen Differenzkalorimetern. In der Regel sind sie mit einer besonderen Technologie ausgestattet, da die Kalorimeter extrem präzise sein müssen, um Wärmeströmungen exakt bestimmen zu können.
Je höher die Qualität der Messgeräte, desto höher ist auch deren Genauigkeit. Dadurch wird nicht nur die Ebenheit einer Basislinie bei einer Messung verbessert, sondern auch die Empfindlichkeit und Auflösung thermischer Übergange.
Wichtig ist hierbei, dass die Differenzkalorimeter mit verschiedenen Probentypen kompatibel sind. Das gilt sowohl für biologische Proben als auch für polymere Materialien. Dann können sie auch problemlos in verschiedenen Anwendungsbereichen genutzt werden.
Zudem benötigen viele Forschungs- und Arbeitsinstrumente, vor allem in der Chemie oder Biologie, viel Flexibilität. Daher ist es wichtig, dass beim Differenzkalorimeter die Abläufe angepasst werden können, damit bestimmte Arbeitsabläufe optimiert und verbessert werden können.