Differential scanning calorimetry procedure: FAST/ko

다양한 단백질의 열 안정성 및 특성을 분석하기 위해 시차주사열량측정법 실험을 수행하였다.

▼웨스턴 대학교의 자유적절지수기술(FAST) 연구 그룹

모집! 태양열 기반 오픈소스 3D 프린팅 및 재활용을 통해 분산형 미래를 만들어갈 학생을 찾습니다. 조슈아 피어스 박사 에게 문의하세요 - 여기에서 지원하세요
홈 · 프로젝트 및 출판물 · 방법론 · 문헌 검토 · 사람들 · 후원사 · 뉴스 · 무료 소프트웨어 · 트위터/X · 유튜브 · 링크드인 · 깃허브 · 어린이용!

• 피어스 박사 안전 연구실 견학
• 근로자 건강 및 안전 인식 제고
• WHMIS 2015 - 작업장 유해물질 정보 시스템
• 실험실 안전 및 유해 폐기물 관리
• 표면 과학 서부 안전 프로토콜

기기 내부의 가열된 부분으로 인해 화상을 입을 가능성이 있습니다.

• 측정 셀이 시료 또는 가열로와 접촉하기 전에 완전히 식었는지 확인하십시오.
• 실험 후에는 용광로를 만지지 마십시오. 대신 핀셋을 사용하여 필요한 부품을 제거하십시오.

개인보호장비(PPE)는 여러분이 원하는 활동을 계속할 수 있도록 여러분의 안전을 지켜주기 위한 것입니다.

1. 안전 고글 - 항상 착용 필수
2. 승인된 장갑
3. 실험실 코트

실험실에 어떤 화학 물질이 있는지, 그리고 그 화학 물질들이 서로 어떻게 상호 작용하는지 아는 것은 사고 발생 시 매우 중요합니다.

1. 관련 SDS(안전 데이터 시트)는 온라인에서 확인할 수 있습니다.
2. 실험실 출입문에 적힌 위험 요소를 숙지하십시오. 새로운 장비나 재료를 반입할 경우, 출입문에 명시된 담당자에게 반드시 승인을 받아야 합니다. 담당자 정보가 최신 정보가 아닐 경우, 학과 행정 담당자에게 연락하여 정보를 업데이트하십시오.

1. 기기: 메틀러 톨레도 DSC 3
2. Surface Science Western, 999 Collip Circle, London ON에 위치해 있습니다.
3. DSC 표면 과학 웨스턴

시스템 기능: ^{[ 1 ]}

• 온도 범위: -100 ~ 700 °C
• 분위기: 질소 또는 산소 가스
• 가열 속도: 0.02~300 °C/분
• 냉각 속도: 0.02~50°C/분
• 자세한 사양은 제품 브로셔 에서 확인할 수 있습니다.

• 온도 정확도: ±0.2 K
• 온도 정밀도: ±0.02K
• 샘플링 속도: 최대 50개 값/초

DSC 3용 동봉 소프트웨어에는 다음과 같은 교정 및 조정을 수행하는 기능이 포함되어 있습니다. ^{[ 2 ]}

• 1+ 가열 속도에서 셀 용융 시작 온도 평가를 통한 셀 온도 보정
• 1+ 가열 속도에서 용융 엔탈피 평가를 통한 열 흐름 및 타우 지연 보정

일반적인 교정 기술은 다음과 같습니다: ^{[ 2 ]}

1. 교정 방법을 선택하고 기준 시료를 삽입한 후, 방법의 세부 사항을 따르십시오.
2. 시험 시료를 준비하여 측정 셀에 넣습니다.
3. 측정을 시작하세요
4. 소프트웨어의 모듈 제어 창에서 교정 결과 및 확인을 볼 수 있습니다.
5. 용광로 온도가 식으면 시료를 꺼내십시오.

아래 DSC 작동 정보는 Mettler Toledo DSC 3 사용자 설명서에서 발췌한 것입니다. ^{[ 2 ]}

1. DSC 셀, 가열로 및 기타 부품이 깨끗한지 확인하십시오.
2. 퍼지 가스 유량을 설정하십시오.
   • 30mL/분 또는 50mL/분
3. 알루미늄 기준 용기(기준 도가니)를 밀폐하십시오.
4. 핀셋을 사용하여 용광로 뚜껑을 제거하고 기준 팬을 도가니 안의 기준 센서 위에 삽입합니다.
   • 기준 센서에는 "R"이라고 표시되어 있습니다.
5. 핀셋을 사용하여 난로 뚜껑을 다시 덮으세요.
6. 시료 10~15mg을 계량하여 알루미늄 시료 용기(시료 도가니)에 넣고 밀봉합니다.

1. 실험 온도 범위와 가열 속도를 선택하십시오.
2. 동봉된 소프트웨어에서 실험 조건을 설정하고 연결을 설정하십시오.
3. 스위치를 조작하여 DSC를 켜십시오.
4. 실험을 소프트웨어의 모듈 제어 창으로 보내고 모듈 제어 창에서 "시작"을 클릭합니다.
5. 측정 셀이 원하는 삽입 온도에 도달할 때까지 기다리십시오.
6. 핀셋을 사용하여 용광로 뚜껑을 제거하고 뚜껑 지지대 위에 올려놓으세요. 뚜껑이 뜨거울 수 있습니다.
7. 핀셋을 사용하여 시료 팬을 도가니 안의 시료 센서에 넣습니다.
   • 샘플 센서에는 "S"라고 표시되어 있습니다.
8. 핀셋을 사용하여 난로 뚜껑을 다시 덮으세요.
9. 모듈 제어 창에서 "확인"을 클릭하여 실험을 시작하십시오.
   • DSC 모듈은 시작 온도에서 최종 온도까지 가열 속도에 따라 열 흐름과 온도를 추적합니다.
   • DSC는 최종 온도에 도달한 후 제거 온도에 도달하게 됩니다.
10. 꺼내기 온도에 도달하면 핀셋으로 용광로 뚜껑을 꺼내 뚜껑 지지대에 놓으십시오.
11. 핀셋을 사용하여 시료 팬을 꺼내 도가니 트레이 위에 올려놓으세요.
12. 소프트웨어의 모듈 제어 창에서 "확인"을 클릭하여 실험을 종료하십시오.
13. 소프트웨어에서 실행 데이터를 가져옵니다.

아래 DSC 종료 정보는 Mettler Toledo DSC 3 사용자 설명서에서 발췌한 것입니다. ^{[ 2 ]}

1. 핀셋을 사용하여 기준판을 제거합니다.
2. 핀셋을 사용하여 난로 뚜껑을 다시 덮으세요.
3. 스위치를 껐다 켜서 DSC 모듈을 끄십시오.
4. 소프트웨어를 종료하세요.

Surface Science Western은 DSC 모듈 결과를 텍스트 파일로 출력하며, 이 파일에는 시료 시간[s], 열유량[W/g], 시료 온도 Ts[ºC], 기준 온도 Tr[ºC]이 포함됩니다. DSC 실행 데이터를 사용하여 열유량 대 시료 온도 그래프를 그려 DSC 곡선을 생성할 수 있습니다.

DSC 곡선은 열 안정성을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 기준선으로부터의 편차는 열 효과를 나타냅니다. 기준선은 전이 이벤트가 발생하지 않을 경우 예상되는 신호로 정의됩니다. ^{[ 3 ]} 물질의 비열 용량은 온도에 따라 변하기 때문에 기준선이 평평한 선일 필요는 없다는 점에 유의해야 합니다. ^{[ 3 ]} 그림 2는 대략적인 기준선을 분홍색 선으로 나타냅니다.

시작 온도는 변성(용융) 전환의 시작으로 해석될 수 있습니다. ^{[ 3 ]} 그림 2는 피크의 첫 번째 길이의 접선이 기준선과 교차하는 지점의 시작 온도를 나타냅니다. ^{[ 3 ]}

최종온도는 변성(용융) 전환의 끝으로 해석될 수 있습니다. ^{[ 3 ]} 그림 2는 피크의 두 번째 길이의 접선이 기준선과 교차하는 지점의 최종온도를 나타냅니다. ^{[ 3 ]}

그림 2는 두 접선이 교차하는 흡열 피크를 나타낸다. ^{[ 3 ]} 흡열 피크는 가열 범위에 걸쳐 시료 무게가 크게 감소하지 않고 가열 범위 후에 시료가 눈에 띄게 녹으면(다른 요인들과 함께) 용융 피크로 간주된다. ^{[ 4 ]} 용융에서 흡열 피크 온도는 변성 온도와 같다. ^{[ 5 ]} 변성 온도가 높을수록 시료의 결합을 끊는 데 더 많은 열이 필요하므로 시료는 열적으로 더 안정하다. ^{[ 5 ]}

DSC 곡선 아래 면적은 엔탈피에 대한 추정치를 제공할 수도 있습니다 ^{[ 6 ]} :

ΔH = K * ∫Tdt = K * A

여기서 H는 엔탈피, K는 열량 측정 상수(시료에 따라 달라짐), T는 시료 온도, t는 시료 시간, A는 DSC 곡선 아래 면적입니다. ^{[ 6 ]}

위 내용은 흡열(용융) 곡선에 대한 것입니다. 유사한 분석은 위쪽으로 향하는 피크를 갖는 발열(결정화) 곡선에도 사용할 수 있습니다. ^{[ 3 ]}

온도가 물질에 미치는 영향이 매우 다양하기 때문에 DSC 곡선은 일반적인 형태와 다를 수 있습니다. FAST에서 발생하는 예상치 못한 전이 현상은 아래에 설명되어 있습니다.

그림 3은 DSC 곡선에서 상당히 큰 "시작 후크"를 보여줍니다. 이 지연은 완두콩 단백질 샘플과 기준 샘플 간의 열용량 차이에 기인할 수 있습니다. ^{[ 7 ]} 이 큰 감소 기준선은 약한 피크의 감지를 방해합니다. ^{[ 7 ]} 문헌에서는 완두콩 단백질에 존재하는 다양한 화합물로 인해 완두콩 단백질 DSC 곡선에 2개의 흡열 피크가 있다고 보고하고 있는데, 이는 그림 3에는 나타나지 않습니다. ^{[ 5 ]}