เมื่อวัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น เกิดการหลอมเหลว เกิดการเปลี่ยนเฟส เกิดการเปลี่ยนรูป ผลึกหรือ เกิดปฏิกิริยาเคมี ก็มักจะมีความร้อนเข้าไปเกี่ยวข้องด้วยเสมอ โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจมี การคายความร้อนออกมา หรือดูดความร้อนเข้าไป

เทคนิค Differential Scanning Calorimetry (DSC) เป็นเทคนิคที่นำมาใช้วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลง ทางความร้อน (thermal transition) ของสารตัวอย่าง วัดการเปลี่ยนแปลงพลังงาน (การดูดหรือคายพลังงาน) ของสารตัวอย่าง เมื่อถูกเพิ่มหรือลดอุณหภูมิในบรรยากาศที่ถูกควบคุม

หลักพื้นฐานของ DSC คือ นำถาดมา 2 ถาด คือ ถาดขวา ถาดที่บรรจุสารตัวอย่าง (sample pan) และ ถาดซ้าย ถาดอ้างอิง (reference pan) ซึ่งเป็นถาดเปล่าวางอยู่ข้างกันไปวางอยู่บนอุปกรณ์ให้ความร้อน (heater) ชนิดเดียวกัน เมื่อเริ่มการทดลองอุปกรณ์ให้ความร้อน จะเริ่มให้ความร้อนแก่ถาดทั้งสอง โดยเครื่อง DSC จะควบคุมอัตราการเพิ่มอุณหภูมิให้คงที่ (เช่น 10°C ต่อ 1 นาที) โดยจะควบคุมให้ความร้อนถาด ทั้งสองที่วางแยกกัน ด้วยอัตราการเพิ่มความร้อนที่เท่ากันตลอดทั้งการทดลอง โดยปกติแล้ว การทดสอบสาร ตัวอย่างทำโดยการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิสารตัวอย่างด้วยอัตราคงที่ (เช่น 10°C ต่อ 1 นาที โดยเริ่มต้นที่ 25°C และสิ้นสุดการทดลองที่ 300°C) หรือการรักษาอุณหภูมิสารตัวอย่างไว้คงที่ (Isothermal) เป็นระยะเวลาหนึ่ง (เช่น 200°C เป็นเวลา 10 ชั่วโมง) และนำค่าที่ได้มาคำนวณต่อไป

DSC เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ตั้งแต่ในอุตสาหกรรมเคมี พลาสติก อิเล็ก- ทรอนิกส์ ยานยนต์ อากาศยาน ไปจนถึงอาหารและยา โดยถูกนำไปประยุกต์ใช้ ทั้งสำหรับการวิเคราะห์ คุณภาพผลิตภัณฑ์ และสำหรับงานวิจัย ตัวอย่างของข้อมูลที่สามารถวัดได้จากการใช้เครื่อง DSC เช่น จุดหลอมเหลว (melting point) อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Glass Transition Temperature: TG) ความเสถียรต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation stability) จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา (reaction kinetics) หรือ ความบริสุทธิ์ (purity) โดยวัสดุแต่ละชนิดจะมีข้อมูลเหล่านี้เป็นค่าเฉพาะตัว เช่น Low Density Polyethylene (LDPE) มีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 110°C และเกิดการตกผลึก (crystallization) ที่ประมาณ 293°C ในขณะที่ Polyethylene terephthalate (PET) มีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (TG) ที่ประมาณ 69°C และมีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 256°C และเกิดการตกผลึกที่ประมาณ 140°C

ภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างกราฟ DSC (DSC Thermogram) ของ PET ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ใช้ในการ ผลิตขวดน้ำอัดลม ซึ่งเห็นได้ชัดเจนว่ามีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนถึง 3 ลักษณะ โดยที่ Glass Transition และ melting เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงาน (Endothermic) ในขณะที่ crystallization เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบคายพลังงาน (Exothermic)


ที่มา:
https://www.nanotec.or.th/th/?page_id=559
https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/261_MT09_78.pdf
http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/2606/differential-scanning-calorimeter-ดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลิมิเตอร์

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *