Setelah mengetahui teori terkait alat Differential Scanning Calorimetry (DSC), saatnya untuk membahas aplikasi dan cara menganalisis hasil pengujiannya.
Aplikasi DSC
Hasil atau output dari pengujian DSC berupa kurva yag disebut Termogram. Termogram DSC dapat digunakan untuk menenetukan sejumlah sifat-sifat karakteristik sampel. Dengan menggunakan teknik bisa mengamati fusi dan kristalisasi serta suhu transisi gelas Tg. DSC juga dapat digunakan untuk mempelajari oksidasi, serta reaksi kimia lainnya.
Transisi kaca/gelas dapat terjadi karena suhu padatan amorf meningkat. Transisi ini muncul sebagai langkah awal atau dasar sinyal DSC yang terekam. Hal ini disebabkan sampel mengalami perubahan dalam kapasitas panas tetapi tidak ada perubahan fase terjadi.
Dengan naiknya suhu, padatan amorf akan menjadi kurang kental. Di beberapa titik, molekul dapat memperoleh kebebasan bergerak yang cukup untuk secara spontan mengatur diri menjadi bentuk kristal.
Hal ini dikenal sebagai suhu kristalisasi (Tc). Transisi dari amorf padat ke kristal padat ini adalah proses eksotermik, dan hasil pada termogram berupa puncak pada sinyal DSC.
Ketika suhu meningkat sampel akhirnya mencapai suhu leleh (Tm). Proses peleburan menghasilkan puncak endotermik dalam kurva DSC. Kemampuan untuk menentukan suhu transisi dan entalpi membuat DSC menjadi alat yang berharga dalam memproduksi diagram fase untuk berbagai sistem kimia.
Analisis data dari Jurnal terkini
Mari kita menganalisis data dari jurnal “Porous polymer scaffold for on-site delivery of stem cells – Protects from oxidative stress and potentiates wound tissue repair”, Biomaterials, Volume 77, January 2016, Pages 1-13.
Perhatikan gambar C, sifat termal polimer adalah parameter fisik penting yang memberikan informasi berharga dari polimer secara keseluruhan seperti, miscibility, pemisahan fasa, mobilitas segmental, derajat kristalinitas, stabilitas termal dan onset degradasi matriks yang disintesis.
Studi DSC sebelumnya terkait macromonomer PEG (Mn ~ 4000) yang digunakan sebagai precursor dari sintesis jaringan dan komponen-II (PEGDME) pada penelitian ini, menunjukkan keduanya memiliki tingkat yang sangat tinggi kristalinitas sebagai terlihat dari thermograms.
Sebuah kurva endotermik tajam menunjukkan titik leleh (Tm) pada ~ 58 ºC untuk PEG dengan entalpi ca. 192 Jg-1 berhubungan dengan dominasi bulk kristal, dengan derajat kristalinitas,% χ ~ 94 (lihat pada Gambar. C-a ).
Suhu transisi gelas (Tg) tidak bisa dipastikan karena memiliki tingkat kristalinitas yang tingggi. Untuk oligomer, PEGDME (Mn = 500) (lihat pada Gambar. 1C-b), Tg diamati di ~ -86ºC bersama dengan Tm yang luas di ~ 11 ºC dan% χ ~ 52, menandakan adanya sejumlah besar fase kristal.
Puncak endotermik luas (Tm) dengan puncak yang menonjol adalah karena adanya polidispersitas di oligomer yang memiliki berat molekul rendah ini.
Suhu transisi gelas dari (50:50) semi-IPN matrix, ca. -71ºC menggambarkan matriks jaringan memiliki sifat plastis. Interaksi parameter Flory-Huggins yaitu miscibility komponen, PEG dan PEGDME mirip dan karenanya mampu meningkatkan homogenitas matriks yang disintesis sesuai yang diharapkan. Akibatnya, teramati suhu transisi gelas yang luas dengan pergeseran ke dalam menandakan miscibility yang baik dari dua komponen polimer yang digunakan.
Namun demikian, bukti yang jelas untuk kehadiran 2 domain yang mengkristal ditunjukkan dengan munculnya dua puncak endotermik seperti yang ditunjukkan oleh TM1 dan Tm2. Luas puncak temperatur leleh lebih rendah ditemukan pada TM1 ~ di 3ºC itu menunjukkan oligomer polydispersed PEGDME membentuk intra-molekul H-obligasi.
Pengamatan ini juga menunjukkan adanya sejumlah kecil kristal eksklusif PEGDME (pemisahan fase mikroskopis) yang dibatasi polimer PEG-PU. Munculnya puncak endotermik kedua (Tm2 di ~ 35 oC) secara signifikan membuat suhu bergeser lebih rendah dibandingkan dengan ~ 58 oC untuk macromonomer PEG murni. Hal ini disebabkan antarmuka campuran yang dibentuk PEG terjerat jaringan PEG-PU dan rantai PEGDME yang memfasilitasi antar-molekul ikata H.
Tg berpori perancah polimer diamati di ~ -52 oC, dengan indikasi yang jelas dari matriks polimer sepenuhnya amorf dalam tidak adanya wilayah mencair. Pengamatan ini jelas menunjukkan: (i) kehilangan antar-rantai H-ikatan karena tidak adanya PEGDME yang terjerat, (ii) PEG macromonomer secara acak terjerat dalam jaringan silang, yang pada gilirannya membatasi pembentukan setiap H- intra-molekul ikatan antara rantai dan karenanya tidak dapat mengkristal. Peningkatan bersamaan suhu transisi kaca untuk perancah berpori juga menunjukkan hilangnya efek Plasticization dari PEGDME.
Analisis Data TG-DTA (Thermogravimetric-differential thermal analysis)
Differential thermal analysis (DTA), sebuah teknik alternatif yang memiliki banyak kesamaan dengan DSC. Dalam teknik ini aliran panas ke sampel dan referensi tetap sama dengan suhu berbeda. Ketika sampel dan referensi dipanaskan secara identik, perubahan fase dan proses termal lainnya menyebabkan perbedaan suhu antara sampel dan referensi. DSC dan DTA memberikan informasi yang sama. Langkah-langkah DSC energi yang dibutuhkan untuk menjaga kedua referensi dan sampel pada suhu yang sama sedangkan DTA mengukur perbedaan suhu antara sampel dan referensi ketika mereka berdua diletakkan di bawah panas yang sama.
Pada penelitian ini menggunakan teknik termogravimetri dengan menghitung berat yang hilang dari sampel.
Stabilitas termal untuk semi-IPN dan jaringan PEG-PU berpori selanjutnya dianalisis dengan thermogravimetry. Sebuah penurunan berat sampel awal ~ 1-3% diamati untuk kedua semi-SNPI dan perancah berpori polimer hingga 150 oC, mungkin karena hilangnya spesies dengan berat molekul rendah, menyebabkan penyerapan kelembaban (lihat pada Gambar. 1D).
Plot diferensial jelas menunjukkan suhu degradasi onset (T0) di atas ~ 210 oC dan ~ 240 oC untuk semi-IPN dan jaringan polimer, masing-masing (lihat pada Gambar. 1D-a). Menariknya, semakin tinggi onset degradasi untuk jaringan polimer tanpa komponen-II pasti dapat dikaitkan dengan tidak adanya PEGDME dengan berat molekul rendah.
T0 diikuti oleh dua tahap penurunan berat sampel yang cepat dalam jendela suhu penelitian ini, seperti yang digambarkan dalam gambar (lihat pada Gambar. 1D-b). Tahap pertama, TD1 hingga ~ 340 ° C terutama mengindikasikan pembelahan dan kerusakan termal obligasi ester dari minyak jarak.
Pada tahap kedua, TD2 (~ 320 ° C-440 ° C), penurunan berat sampel terjadi mungkin karena pembelahan hubungan uretan jaringan polimer. Tahap ketiga degradasi luar 450 ° C, Td3, kemungkinan besar karena fragmentasi canggih segmen rantai yang dibentuk pada tahap pertama dan kedua dari degradasi.
Degradasi onset menunjukkan bahwa polimer yang lumayan stabil, yang merupakan parameter penting untuk mempertimbangkan untuk penggunaan yang aman, penanganan dan proses autoklaf.
Sumber :
- https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_scanning_calorimetry
- http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961215008935
- http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352340915003790