样品盘对热通量DSC法测定脂质材料比热容的影响

引言：脂质材料比热容的重要性与研究背景

恒压比热容（Cp）是表征脂质材料物理状态的核心热物理性质之一，对计算热力学函数（如焓值和熵值）、评估温度对相平衡的影响至关重要。它还能敏感指示材料在相变过程中的结构变化，因此在能源平衡和材料科学中备受关注。差示扫描量热计（DSC）作为测定脂质材料比热容的主要工具，广泛应用于三酰甘油（TAGs）等脂类的分析中，包括固体和液体状态的Cp值测定。然而，文献中报道的Cp值存在显著变异性，如图1和图2所示，这源于仪器、样品或操作因素的差异，凸显了优化DSC方法的必要性。

DSC测定中的关键影响因素：仪器与样品细节

DSC测定脂质材料比热容的精度受多重因素影响。仪器因素包括校准程序、加热/冷却斜坡、吹扫气体类型及流量，以及样品盘类型。样品相关因素则涉及样品盘的热接触、样品状态（液态或多相）、传热特性（如导热系数）、样品质量及配置。例如，样品盘在DSC传感器上的放置位置会显著影响Cp值计算的不确定度。Omar Al-Qatami等人的研究量化了这一点：通过重复装载样品盘测试，发现液态MMM的Cp值不确定度达10-25%，远高于文献标准（1-5%）。这归因于传感器温度分布不均导致的热流差异，而非热扩散率影响（有限元模拟证实）。

实验采用Seiko DSC 220热通量仪测定单酸TAGs（如LLL、MMM、PPP、SSS）和混合酸TAGs（如MMO、MMP、PPO、OOP）的Cp值。所有测量在55-120°C液态温度范围内进行，以避免结晶复杂性，确保样品与样品盘底的最佳热接触（参考Merzlyakov和Schick的建议）。样品质量由Cahn微天平精确控制（±0.005 mg），使用TA Instruments密封锅。

实验结果与数据分析：Cp值变异性与热流信号

图1展示了液体MMM的Cp(T)值报告数据，其变异性突显了DSC操作标准化的重要性。类似地，图2显示大豆油Cp(T)值的温度依赖性变化，进一步印证了选择可靠Cp值的挑战。

图1 报告液体MMM的Cp （T）值。

图2 已报道的大豆油Cp （T）值随温度的变化

图3汇总了单酸和混合酸液体TAGs的Cp(T)数据，显示线性变化趋势，为脂质材料热物理性质提供基准。热流信号测量（基线、蓝宝石和样品）如图4所示，从热通量DSC Q100获取，归一化为时间函数，示例MMM信号清晰呈现。

图3 一些单酸和混合酸液体标签的Cp （T）并给出了数据的线性变化趋势。

图4 归一化热流信号（基线，蓝宝石和MMM）作为时间函数的例子，从热通量DSC Q100获得。

结论：样品盘位置的影响与实用建议

研究表明，样品盘在DSC传感器上的放置对Cp测量不确定度有显著影响（MMM不确定度10-25%，蓝宝石盘9-16%）。这呼吁DSC用户关注平底锅位置控制，尤其在复现性测试中使用多个平底锅时。优化策略包括确保样品保持液态、标准装载流程和统一仪器设置。未来工作应聚焦温度分布校准，以提升脂质材料比热容测定的精度和可靠性。

参考文献：1.Al-Qatami, O.; Mazzanti, G., The effect of the sample pan position on the determination of the specific heat capacity for lipid materials using heat flux DSC. Thermochim. Acta 2022, 710, 179148.

2.Merzlyakov, M.; Schick, C., Complex heat capacity measurements by TMDSC. Part 2. Algorithm for amplitude and phase angle correction. Thermochim. Acta 1999, 330 （1）, 65-73.

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