zum Directory-modus

Kalorimetrie: Einführung

Dynamische Differenzkalorimetrie - Einleitung

Die dynamische Differenzkalorimetrie (engl. Dynamic Scanning Calorimetry oder DSC) ist ein Verfahren der thermischen Analyse (TA), bei der die Wärmekapazität einer Probe direkt als Funktion der Temperatur gemessen wird. Änderungen der spezifischen Wärmekapazität treten bei Phasen- und Zustandsübergängen auf (enthalpische Effekte durch exo- oder endotherme Übergänge). Auch die Reiheit einer Probe kann mit diesem Verfahren bestimmt werden, da sich mit dem Gehalt an Verunreinigungen auch der Schmelzpunkt ändert. Bei Proteinen können mit dieser Methode die Übergänge zwischen verschiedenen Faltungszuständen untersucht werden.

Ein typisches DSC-Gerät besteht aus einem Paar runden oder röhrenförmigen Messzellen, die sich in einer adiabatischen Kammer befinden. Eine der Zellen dient der Aufnahme einer gelösten Testsubstanz. Bei Proteinen ist 1 mg/mL (entspricht einer 0,1 %igen Proteinlösung) eine typische Verdünnung. Die Partnerzelle wird als Referenz genutzt und wird üblicherweise mit einem identischen Volumen des reinen Lösungsmittels gefüllt.

In einer DSC-Messung wird eine Probe über einen breiten Temperaturbereich langsam erhitzt, so dass nun die Wärme durch die Probe und die Referenz in die Scheibe fließt. Wenn die Lösungen in beiden Messzellen gleich sind, ist auch der Wärmestrom durch die Scheibe für beide identisch; die Wärmestromdifferenz ist dann gleich null. Wenn sich die Probe während der Messung verändert, indem sie z.B. schmilzt, verdampfet oder umgewandelt wird, wird dabei entweder Wärme verbraucht oder freigesetzt und die Wärmestöme für Probe und Referenz unterscheiden sich.

Abb.1
Temperatur-Abhängigkeit der partiellen spezifischen Wärme

Temperatur-Abhängigkeit der partiellen spezifischen Wärme von gelöstem Lysozym bei verschiedenen pH-Werten (Je nach pH-Wert wird Lysozym bei unterschiedlichen Temperaturen denaturiert). Umrechnung in SI-Einheiten: K = °C + 273,15; J = cal · 4,185)

Bei der DSC wird versucht, die Temperatur von Probe und Referenz ständig auszugleichen. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder eventuelle Temperaturunterschied zwischen der Probe und der Referenzsonde über ein Feedback-System durch proportionales Aufheizen bzw. Kühlen der Probe ausgeglichen wird. Da sich die Massen und Volumina des Proben-Referenz-Systems entsprechen, ergibt sich die Veränderung der spezifischen Wärmekapazität der Probe direkt aus der durch das Feedback hinzugeführten bzw. abgeführten Energie (in Form von elektrischer Leistung). Diese in Joule/Minute gemessene Größe kann durch das Verrechnen der Messrate (typischerweise 1 K/min) und die Konzentration der Probelösung in die Wärmekapazität Cp (gemessen in JK-1mol-1 ) umgerechnet werden.

Seite 2 von 4