Der Weg zum Kalorimeter-Meister Vol.7 Zweite DSC-Messung
Der Schlüssel zur DSC-Messung ist die Befüllung der Lösung! (Teil 1)
>
Die in diesem Beitrag genannten Personen und die Handlung sind frei erfunden.
Für technische Inhalte haben wir Rat von Professor Fukada, Gastwissenschaftler an der Präfekturuniversität Osaka, erhalten.
Über den „Download“-Button unten auf der Seite können Sie das von Nakamura-san zusammengefasste Dokument „Memorandum zur Klärung mit Professor Fukada (DSC) und die Antworten darauf“, das im Text erwähnt wird, herunterladen.
【Die Geschichte bis jetzt】
Nakamura-san von Maruban Seiyaku führte die VP-DSC-Messung nach Anleitung durch. Dennoch erzielte er nicht den gewünschten Erfolg. Auch beim Besuch der Malvern-Website hatte er viele Fragen. Daher entschied er, seine Fragen zusammenzustellen und sich an Professor Fukada zu wenden.
【Die heutige Geschichte】
| Nakamura-san schrieb Professor Fukada vorher die folgende E-Mail: |
| Vor dem Besuch fasste er alle auf der Website und im Handbuch enthaltenen Punkte zusammen, die er mit Professor Fukada klären wollte. Es gibt einige Unterschiede zur ITC-Messung. |
 | |
 | Fukada-sensei. Es ist lange her. Vielen Dank für Ihre Anleitung zur VP-DSC-Messung! |
 | Ja, gerne. |
 | Wie ich Ihnen in der E-Mail mitgeteilt habe, stieg die Basislinie bei der Wassermessung an. Wo lag das Problem? |
|---|
| Es gibt mehrere Ursachen:
(1) Luftblasen im Zell
(2) Verschmutzung der Zell
(3) Unterschiedliche Lösungen in der Referenz- und Probenzelle
(4) Unterschiedliche Flüssigkeitsstände in Referenz- und Probenzelle
(5) Sedimentieren der Probe usw.
Da es sich diesmal um eine Wasser-Wasser-Messung handelt, entfallen (3) und (5). Allerdings sieht man in den Daten, dass der DP-Wert im negativen Bereich beginnt. Dies deutet darauf hin, dass (1) und (4) die Ursache sind, wenn die Zelle gut gereinigt wurde. Ich habe die Bedienung nicht gesehen, aber den Flüssigkeitsstand haben Sie mit der Füllgleichstellungsspritze angepasst, oder? |
|---|
| Ja, das stimmt. |
| Die Entgasung haben Sie auch gemäß dem Handbuch durchgeführt, oder? |
|---|
| Ja, das habe ich gemacht. |
| Dann ist es wahrscheinlich, dass sich Luftblasen eingeschlichen haben. Da die Flüssigkeitsmenge von 500 μL höher als bei der ITC200 ist, könnte das Pumpen etwas schwer zu dosieren gewesen sein. |
|---|
| In Bezug auf die Füllmethode der Lösung, ist der Fülltrichter unbedingt erforderlich? |
| Der Fülltrichter schützt die Gas-tight-Spritze davor, die Zelle zu berühren und zu beschädigen. Er sorgt dafür, dass die Spritze ein paar Millimeter über dem Zellboden angehalten wird und nicht aufschlägt. |
|---|
| Aber, wenn die Lösung entfernt wird, kann sie nicht vollständig entfernt werden, was die Probenkonzentration ändern könnte,… |
| Scharf beobachtet von Ihnen, Nakamura-san! Genau. Wenn das Ziel der Messung Tm ist, beeinflusst dies nicht. Aber bei der präzisen Bestimmung der Enthalpie ändert sich die Konzentration und hat Auswirkungen. Dann sollten Sie den Fülltrichter entfernen und die Lösung vollständig entfernen. Und wenn Sie daran gewöhnt sind, die Lösung zu füllen und zu pumpen, auch ohne Fülltrichter, dann ist er nicht zwingend. |
|---|
| Verstehe. Also ist die Gewöhnung, wie bei der ITC200, zur Befüllung der Lösung notwendig. |
| Genau. Aber bedenken Sie, dass die Befüllung der Lösung das einzige ist, was gemeistert werden muss. Ist das geschafft, ist die Messung selbst nicht schwer. |
|---|
| Was sollte dann der DP-Wert sein, wenn die Befüllung erfolgreich war? |
| DP steht für Differential Power. Wir beobachten die Differenz zwischen der Referenz- und der Probenzelle. Wenn beide Zellen die gleiche Lösung enthalten, sollte dieser Unterschied möglichst null sein. |
|---|
| Bedeutet das, dass etwas nicht stimmte, als der Wert bei der letzten Messung -6,5 mCal/min betrug? |
| Genau. Wie bei der DSC als auch bei der ITC ist es wichtig, die Stabilität der Basislinie zu überprüfen. Die Ursache für einen negativen DP-Wert kann
(1) Luftblasen im Zell
(2) Verschmutzung der Zell
(3) Unterschiedliche Lösungen in der Referenz- und Probenzelle usw. sein. |
|---|
| Nun, warum verwenden wir bei der ITC ultrareines Wasser in der Referenzzelle, aber bei der DSC Pufferlösung? |
| Wasser und Pufferlösungen haben unterschiedliche Wärmekapazitäten. Auch ihre Temperaturempfindlichkeit variiert je nach Pufferbestandteilen, was den Neigungswinkel der Basislinie beeinflusst. Bei der ITC wird die Messung bei einer konstanten Temperatur durchgeführt, daher ist ultrareines Wasser ausreichend, da der Unterschied in der Wärmekapazität konstant bleibt. |
|---|
| Ich verstehe, das erklärt einiges. Kann ich nun die Wassermessung durchführen? |
| Ja, beginnen wir. |
|---|
| Zuerst das System und den PC einschalten. Die Steuerungssoftware starten und prüfen, ob die Systemanzeigen leuchten. Mit ThermoVac ultrareines Wasser entgasen, etwa 3-5 Minuten. |
| Um die Stabilität der Basislinie mit ultrareinem Wasser zu überprüfen, empfehle ich eine Entgasung von ca. 15 Minuten, etwas länger als üblich. Bei Samples oder Pufferlösungen könnte eine zu lange Entgasung die Feuchtigkeit verdunsten lassen und die Konzentration ändern, daher bleiben Sie hier bei 3-5 Minuten. |
|---|
| Verstanden. Nach der Entgasung reinige ich das System. Den Druckkappen abnehmen, den Drucksensor mit dem Stopfen verschließen.
Ich benutze den Fülltrichter, um die Lösung aus der Referenzzelle zu entfernen. Bei der DSC wie bei der ITC müssen wir nach der Messung mit ultrareinem Wasser abschließen, richtig? |
| Ja, genau. |
|---|
| Lösen Sie den Fülltrichter und setzen Sie das Zellreinigungsgerät ein. Fügen Sie 300 ml von 14% Decon90 (oder 20% Contrad70) hinzu. Anschließend spülen Sie mit 300 ml ultrareinem Wasser. Entfernen Sie das Gerät, beseitigen Sie das verbleibende ultrareine Wasser mit der Gas-tight-Spritze, setzen Sie den Fülltrichter ein. Füllen Sie 700 μL der entgasten ultrareinen Lösung in die Gas-tight-Spritze, um Blasen zu entfernen. Führen Sie die Gas-tight-Spritze in die Probenzelle ein und gießen vorsichtig ein, bis die Lösung im Fülltrichter sichtbar ist. Ein paar Mal pumpen und entfernen Sie die überschüssige Lösung vom Zelleingang, dann entfernen Sie den Fülltrichter. Justieren Sie die Flüssigkeitshöhe in der Zelle mit der Füllanpassungsspritze. Das Gleiche für die Probenzelle wiederholen. Den Druckstopfen abnehmen und den Druckdeckel fest verschließen. Achten Sie auf den Druck am Monitor! Prüfen Sie, ob er nicht wesentlich unter 27 psi liegt? |
| Genau. Allerdings variiert dieser Wert je nach System, daher sollten Sie bei der Lieferung die beim Testen durch den Ingenieur gemessenen Daten beachten. |
|---|
| Wo kann ich das nachsehen? |
| Öffnen Sie die Textdatei mit der Dateiendung „.dsc“ im Editor. Die Messwerte zeigen den Druck an.
Wenn der Wert unter 20 psi liegt, könnte der Druckdeckel abgenutzt sein. Auch wenn Müll an der Innenseite des Deckels oder an den Gewinden des Systems anhaftet, kann der Druck sinken. |
| ![]()  |
| Wie lange hat es gedauert, die Probenzelle zu waschen und die Lösung zu füllen, Nakamura-san? |
| Ich habe die Zeit nicht genau gemessen, aber es waren ungefähr 10 Minuten. |
| Das ist ordentlich. Der Grund, warum ich die Zeit überprüfte, ist, dass bei der VP-DSC-Messung der Austausch der Probe nicht den Messvorgang pausieren sollte. |
|---|
| Ja, das war auch in der Bedienungsanleitung vermerkt. Es hat mit der thermischen Vorgeschichte zu tun. |
 | Zum Thema thermische Vorgeschichte kommt noch eine Ergänzung. Während der ersten Messung erscheinen Daten an einer anderen Position und in einer anderen Form als die späteren. Dies liegt an der unterschiedlichen thermischen Vorgeschichte vor Beginn des Scans. Vor dem Beginn des Scans war das Gerät auf einer konstanten Temperatur. Bei den späteren Scans, startet der nächste Messzyklus, nachdem das Gerät nach einem Aufheizzyklus auf die Starttemperatur abgekühlt ist. So unterscheidet sich der erste Scan in seiner Ausgangslage von den weiteren Scans, weshalb verschiedene Daten resultieren. Durch das Wiederholen des Scannens wird die Wiederholgenauigkeit zwischen den Scans besser. Bei der DSC-Messung werden die Kontrollmessung (beide Zellen mit Pufferlösung) und die Probenmessung (Referenzzelle mit Pufferlösung, Probenzelle mit Probe) als ein Satz von Daten durchgeführt. Um eine stabile thermische Vorgeschichte für die Probenmessung zu gewährleisten, empfehle ich, am Vortag über Nacht eine Kontrollmessung durchzuführen. |
 | Richtig. Um sicherzustellen, dass die Messung bei stabilisierter thermischer Vorgeschichte durchgeführt wird, müssen Sie die Proben schnell befüllen, wenn während der Kühlphase der Kontrollmessung eine geeignete Temperatur erreicht ist. Je nach Übung benötigt die Entnahme der Flüssigkeit, die Reinigung und das Befüllen der Probe etwa 10-15 Minuten. Auch wenn die Operation noch nicht beendet ist, beginnt das System mit dem Aufheizen. Daher rate ich Ihnen, bevor Sie echte Proben messen, mit Wasser zu üben, um ein Gefühl für den Ablauf zu bekommen. |
|---|
| Verstanden. Das ist ein bisschen aufregend. |
| Sobald Sie sich an den Ablauf gewöhnt haben, ist es aber kein Problem mehr. Und beim Einfüllen der Probe hilft es, die Gas-tight-Spritze trocken zu benutzen, um Abweichungen in der Konzentration zu vermeiden. Bei der Lieferung sollten Sie Nadeln bekommen haben, die an Spritzen mit Luer-Lock-Anschluss passen. Bei der Entfernung der Lösung oder einfachen Reinigungsschritten verwenden Sie diese Nadeln, aber zum Befüllen der Probe ist eine trockene Gas-tight-Spritze am besten. Außerdem ist es ratsam, die Gas-tight-Spritze nach Gebrauch gut zu reinigen und die Plunger zu entfernen. Ich habe davon gehört, dass gelegentlich Pufferbestandteile zurückbleiben und der Plunger nicht mehr entfernt werden kann. |
|---|
| Das ist wirklich hilfreich! Ist es bei einem Wechsel von Puffer zu Probe erforderlich, den Reinigungsprozess zu durchlaufen? |
| Nein, das ist nicht erforderlich. |
|---|
| Das Befüllen mit ultrareinem Wasser ist abgeschlossen. Nun stelle ich in der Steuerungssoftware die Parameter ein, gemäß der Anleitung zur Systemprüfung. |
| ![]()  |
| Ergänzend dazu: Für das Systemprüfungsverfahren setzt Nakamura-san die Number of Scans auf 10. Aber es ist schwer abzuschätzen, wie viele Kontrollscans über Nacht bei einer tatsächlichen Probenmessung durchgeführt werden können. Je nach Messeeinstellungen könnte z.B. ein Scan bei 10 – 100℃ mit 90℃/Stunde eine Zeit von ca. 30 Minuten benötigen, bis die Basislinie stabil ist und die Temperatur sinkt. Versuchen Sie abzuschätzen, wie viele Messungen bis zum nächsten Morgen möglich sind. Addieren Sie zur geschätzten Anzahl den Probenanzahl – und noch eine Sicherheit – und tragen Sie diese als Number of Scans ein. Diese Anzahl kann während der Messung geändert werden. Wenn am nächsten Morgen die gemessenen Scans die Anzahl überschreiten, korrigieren Sie die Nummer beim Erhalt der Daten z.B. auf 15, wenn Sie 15 Messungen statt der ursprünglichen 20 abgeschlossen haben. Tun Sie dies bei Update Run Param., um die Anzahl zu bestätigen. Eine abrupte Beendigung der Messung könnte zu Datenproblemen führen, deshalb ist die Änderung der Anzahl empfehlenswert. |
| ![]()  |
| Ich beginne nun die Messung. |
| Ja, lassen Sie uns davor eine kurze Pause einlegen. |
|---|
Fortsetzung in Teil 2Über den untenstehenden „Download“-Button,
können Sie das „Memorandum zur Klärung mit Professor Fukada (DSC) und die Antworten darauf“, das im Text erwähnt wurde, herunterladen.Download
