進行差示掃描量熱實驗來分析各種蛋白質的熱穩定性和特性。
內容
安全訓練要求
- 皮爾斯博士安全實驗室參觀
- 工人健康與安全意識
- WHMIS 2015 - 工作場所有害物質資訊系統
- 實驗室安全與危險廢棄物管理
- 表面科學西方安全協議
DSC 的安全問題
儀器的加熱單元可能導致燒傷。
- 確保測量單元在與樣品或熔爐相互作用之前已冷卻。
- 實驗結束後請勿觸摸爐子。相反，請使用鑷子移除任何必要的部件。
個人保護設備
PPE 旨在確保您的安全，以便您可以繼續做您想做的事情。
- 安全眼鏡－始終需要
- 批准的手套
- 實驗室外套
安全資料表
當事故發生時，了解實驗室中有哪些化學物質以及它們之間如何相互作用至關重要。
- 應在線查看適當的 SDS 表。
- 請注意實驗室門上列出的危險。如果您引入任何新設備或材料，您必須與實驗室門上列出的負責人進行清理。如果負責人過時，請聯絡部門管理員進行更新。
差示掃描量熱儀設備
- 儀器：梅特勒-托利多 DSC 3
- 位於 Surface Science Western, 999 Collip Circle, London ON
- DSC 表面科學西部
系統功能：[1]
- 溫度範圍：−100 至 700 °C
- 氣氛：氮氣或氧氣
- 加熱速率：0.02至300℃/分鐘
- 冷卻速率：0.02至50℃/分鐘
- 更多規格請參考產品手冊
公差
- 溫度精度：±0.2K
- 溫度精度：±0.02K
- 取樣率：最大 50 個值/秒
校準
DSC 3 的隨附軟體配備了執行校準和調整的功能，包括：[2]
- 透過評估 1+ 加熱速率下的起始熔化池溫度來校準池溫度
- 透過評估 1+ 加熱速率下的熔化焓來校準熱流和 tau 滯後
一般校準技術如下：[2]
- 選擇校準方法並插入參考樣品；遵循方法詳情
- 準備測試樣品並輸入測量單元
- 開始測量
- 在軟體的模組控制視窗中查看校準結果並確認
- 爐溫冷卻後取出樣品
操作及流程
以下 DSC 操作資訊摘自 Mettler Toledo DSC 3 使用手冊。[2]
準備實驗用 DSC 模組和样品
- 確保 DSC 池、爐子和其他零件清潔。
- 設定吹掃氣體流速。
- 30 毫升/分鐘或 50 毫升/分鐘
- 密封鋁質參比盤（參考坩堝）
- 使用鑷子取下爐蓋並將參考盤插入坩堝中的參考感測器上。
- 參考感測器標記為“R”。
- 使用鑷子，重新蓋上爐蓋。
- 秤取 10-15 mg 樣品，置於鋁製樣品盤（樣品坩堝）中；密封鍋。
進行實驗
- 選擇實驗溫度範圍和升溫速率。
- 在附帶軟體中設定實驗條件並建立連線。
- 透過切換開關打開 DSC。
- 將實驗傳送到軟體的模組控制窗口，然後按一下模組控制視窗上的「開始」。
- 等待測量單元達到所需的插入溫度。
- 使用鑷子取下爐蓋並將其放在爐蓋支架上，因為爐蓋可能會很熱。
- 使用鑷子將樣品盤插入坩堝中的樣品感測器上。
- 樣品感測器標示為“S”。
- 使用鑷子，重新蓋上爐蓋。
- 點擊模組控制視窗上的“確定”開始實驗。
- DSC 模組將追蹤從起始溫度到最終溫度的熱流和溫度，並隨著加熱速率的增加而增加。
- DSC 在達到最終溫度後最終將達到移除溫度。
- 達到移除溫度後，用鑷子取下爐蓋並將其放在蓋子支架上。
- 使用鑷子取出樣品盤並將其放在坩堝托盤上。
- 按一下軟體模組控制視窗中的「確定」以終止實驗。
- 從軟體中取得運行數據。
關閉
以下 DSC 關閉資訊摘自 Mettler Toledo DSC 3 使用手冊。[2]
- 使用鑷子取出參考盤。
- 使用鑷子，重新蓋上爐蓋。
- 透過切換開關關閉 DSC 模組。
- 關閉軟體電源。
解釋結果
圖 1：50:50 螺旋藻和 H2O 糊狀物 DSC 曲線。數據使用 50 mL/min 的 N2、溫度範圍為 20-150°C、加熱速率為 5°C/min 獲得。Surface Science Western 將 DSC 模組結果輸出為文字文件，其中包括採樣時間 [s]、熱流 [W/g]、樣品溫度 Ts [°C] 和參考溫度 Tr [°C]。 DSC 運作資料可用於繪製熱流與樣品溫度的關係圖，以繪製 DSC 曲線。
熱效應
吸熱曲線
DSC 曲線可用於衡量熱穩定性。與基線的偏差表示熱效應。基線定義為沒有發生轉換事件時預期的訊號。[3]值得注意的是，基線不必是一條平坦的線，因為物質的比熱容會隨溫度而變化。[3]圖 2 將近似基線顯示為粉紅色線。
起始溫度可以解釋為變性（熔化）轉變的開始。[3]圖 2 顯示了峰第一長度的切線與基線相交點處的起始溫度。[3]
圖 2：50:50 螺旋藻和 H2O DSC 曲線的基本性質結束溫度可以解釋為變性（熔化）轉變的結束。[3]圖 2 顯示了峰第二長度的切線與基線相交點處的端集溫度。[3]
圖 2 顯示了兩條切線交叉處的吸熱峰。[3]如果樣品重量在加熱範圍內沒有大幅減少，並且如果樣品在加熱範圍後明顯熔化（以及其他因素），則吸熱峰被視為熔化峰。[4]熔化時，吸熱峰溫度相當於變性溫度。[5]變性溫度越高，樣品的熱穩定性越好，因為需要更多的熱量來破壞樣品中的鍵。[5]
DSC 曲線下的面積還可以提供焓的估計[6]：
ΔH = K * ∫Tdt = K * A
其中 H 是焓，K 是量熱常數（取決於樣品），T 是樣品溫度，t 是樣品時間，A 是 DSC 曲線下面積。[6]
放熱曲線
以上是吸熱（熔化）曲線。類似的分析可用於具有向上指向的峰值的放熱（結晶）曲線。[3]
曲線的意外轉變
由於溫度對物質有多種影響，DSC 曲線可能與典型形式不同。 FAST 遇到的意外轉換如下所述。
大型吸熱啟動鉤
圖 3：豌豆蛋白 DSC 曲線。數據使用 30 mL/min 的 N2、溫度範圍為 20-150°C、加熱速率為 5°C/min 獲得。圖 3 顯示了 DSC 曲線上相當大的「啟動鉤」。這種延遲可歸因於豌豆蛋白樣品和參考之間的熱容量差異。[7]這種大幅下降的基線阻礙了弱峰的偵測。[7]文獻報告，由於豌豆蛋白中存在不同的化合物，豌豆蛋白 DSC 曲線有 2 個吸熱峰，這在圖 3 中未顯示。
參考
- ↑ https://www.surfacesciencewestern.com/analytical-services/ Differential-scanning-calorimetry- dsc/
- ↑跳轉至：2.0 2.1 2.2 2.3 https://www.mt.com/ca/en/home/library/user-manuals/lab-analytical-instruments/ta-manuals.html
- ↑跳轉至：3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 https://www.mrl.ucsb.edu/sites/default/files/mrl_docs/instruments/Interpreting%20DSC%20Data%20v1A.pdf
- ^ https://www.eng.uc.edu/~beaucag/Classes/Characterization/DSCParts/Artifacts%20in%20DSC%20Usercom_11.pdf
- ↑跳轉至：5.0 5.1 5.2 Y. Ladjal-Ettoumi、H. Boudries、M. Chibane 和 A. Romero，“豌豆、鷹嘴豆和扁豆分離蛋白：理化特性和乳化特性 - 食品生物物理學”， SpringerLink，2015 年8 月7 日。 [線上的]。可在：https://link.springer.com/article/10.1007/s11483-015-9411-6。 [瀏覽日期：2022 年 8 月 26 日]。
- ↑跳轉至：6.0 6.1 X. Sun、C. Li、Y. Chu、MA Medina 和 KO Lee，“相變材料 (pcms) 的熔化溫度和熱函變化：差示掃描量熱法 (DSC) 分析”， Taylor & Francis，09 -2018 年 5 月。 [線上的]。可用：https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01411594.2018.1469019?needAccess=true&journalCode=gpht20。 [瀏覽日期：2022 年 8 月 26 日]。
- ↑跳轉至：7.0 7.1 http://www.tainstruments.com/pdf/literature/TA039.pdf
