MANEJO Y APLICACIONES DEL CALORÍMETRO DIFERENCIAL DE BARRIDO

MANEJO Y APLICACIONES DEL CALORÍMETRO DIFERENCIAL DE BARRIDO

Unidad Curricular

Llivisaca Patate, Cristhian; Vásconez Peña, Erick; Villaruel Vásquez, Diana

Bioquímica Clínica

1. Objetivos General:

Comprender el funcionamiento del calorímetro diferencial de barrido y sus posibles aplicaciones.

Objetivos Específicos:

• Conocer las variables termodinámicas que se puede obtener mediante el uso de calorimetría diferencial de barrido
• Interpretar la gráfica (termograma) que se obtiene como resultado del calorímetro diferencial de barrido en una entalpia de reacción de una biomolécula.

1. Fundamento y método de la práctica

La Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), es una técnica que analiza el cambio de la Capacidad Calórica de un material (Cp) con la temperatura. Una  muestra  de  masa  conocida  es  calentada  o enfriada y los cambios en su capacidad calórica se siguen  como  cambios  en  el  flujo  de  calor.  Los datos se obtienen como entradas diferenciales de calor en función de la temperatura [2-3].

La capacidad calorífica y del contenido de calor de un material (entalpía) se utiliza para estimar la eficiencia    del    proceso.    Vale    indicar    que prácticamente todos los materiales pueden analizarse con DSC. Por lo anteriormente mencionado el DSC es la técnica de análisis térmico más común y se utiliza en: control de procesos, garantías de calidad, y laboratorios de investigación y desarrollo [4

Existen varios tipos de DSC, según el mecanismo de operación, los DSC se clasifican en dos tipos [6]:

DSCs de flujo térmico.- En este tipo la muestra y la referencia se calientan a una velocidad lineal en un solo horno y el calor se transfiere a la muestra y a la referencia a través de un disco termoeléctrico Fig. 4).

[pic 1]

Fig. 4: DSC de flujo térmico [7]

DSCs compensados en potencia. En este tipo, la muestra y la referencia se colocan en hornos separados. La muestra y la referencia se mantienen a la misma temperatura y la diferencia de potencia térmica requerida para mantenerlas a la misma temperatura se mide y se traza en función de la temperatura (Fig 5).

[pic 2]

Fig.  ref 7

RESULTADOS

Análisis teórico del DSC

La cantidad de calor que se requiere para aumentar la temperatura por el mismo incremento (ΔT) de una muestra (qs) es mayor que la cantidad de calor requerida para la referencia (qr) por el exceso de calor absorbido por la muestra (Δq), lo cual puede representarse en la Fig. 1.

[pic 3]

Fig. 1: Flujo de calor en un DSC [3]

Estos flujos de calor tanto en la referencia como en la muestra pueden se pueden representar en una gráfica T vs Cp como se muestra en la Fig. 2.

[pic 4]

Fig. 2: Flujos de calor en la referencia y en la muestra  [3]

Debido al Cp de la muestra, hay una diferencia de temperatura entre la muestra y la referencia, que se mide por termopares de área, y el flujo de calor consiguiente se determina por el equivalente térmico de la ley de Ohm:

q= AT/R

q "flujo de calor de la muestra",

ΔT "diferencia de temperatura entre la muestra y la referencia", y

R "resistencia del disco termoeléctrico" [5].

El Cp a presión constante es una derivada de la temperatura en la función de entalpía (Ec. 2), y por lo tanto, la función de entalpía se puede medir a través de la integración de la Cp. (Ec. 3).

Cp=(AH/AT)p

La estabilidad de una reacción se relaciona directamente con la energía libre de Gibbs (ΔG) del sistema y esta se relaciona con las relaciones termodinámicas entre la diferencia de entalpia (ΔH) y la diferencia de entropía (ΔS). Cuanta más negativa es ΔG, más estable es la reacción.

El DSC mide la variación de entalpia (ΔH) como resultado de la desnaturalización por calor. El punto medio de transición Tm es considerado como la temperatura, donde el 50% de la muestra posee su conformación nativa (estado original), y el resto permanece desnaturalizado.

El Cp para el estado de transición se obtiene a través de la diferencia entre las líneas de base antes y después de la transición, lo que se representa en la Fig. 3.

[pic 5]

Fig. 3: Grafica resultante en un DSC [3]

La curva de Cp contra T se cambia a Cp/T frente a T dividiendo el valor de Cp por T y trazando los resultados como una función de T. Por integración, esta curva da lugar a la entropía de transición (ΔS), que se expresa como:

Ver as

Por lo tanto, un termograma DSC da como resultado ΔH, ΔS y ΔCp. Después de conocer los datos anteriores, la energía libre de transición (ΔG) puede darse a cada temperatura (T) a través de la ecuación termodinámica:

Delta g

Aplicaciones típicas del DSC

Entre las diversas utilidades de la técnica de DSC se pueden destacar las siguientes [3,10-12]:

Medidas de capacidad calorífica aparente (fenómenos de relajación estructural).

Determinación de temperaturas de transformación o de transición como: transición vítrea, temperatura de transición ferro/para magnética (temperatura de Curie), fusión, cristalización, sublimación, ebullición, descomposición, isomerización, transformaciones polimórficas, entre otras.

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