測試干貨｜利用熱光分析系統研究多晶型轉變過程

熱光分析系統，通常包括熱臺顯微鏡系統和DSC顯微鏡系統，是一種廣泛使用觀測所有熱效應的有效方法。利用熱光系統，可以在加熱冷卻樣品的同時，隨時觀察樣品的形貌特征的變化；利用DSC顯微鏡系統，還能同時得到熱流變化的測試曲線。

多晶型是指物質以不同的幾種晶體結構存在，并且外觀不同的狀態。因此，顯微熱臺是表征不同晶體形態的出色工具，并且可以測定其熔點。搭配CCD相機，還可以實時記錄樣品形貌的變化。

顯微熱臺的結構如此下圖所示：

如果想要在觀察形貌變化的同時，獲得熱流信號曲線，那么顯微熱臺DSC會是很好的選擇，如下圖所示：

當然，我們也可以選擇在DSC系統上面搭配顯微鏡和CCD相機，這樣就可以在DSC測試過程中觀察和記錄樣品的變化。

下面我們就來看看熱光分析系統能給我們帶來哪些意想不到的測試結果吧。

1.磺胺嘧啶的多晶型轉變

上圖是使用顯微熱臺和DSC研究磺胺嘧啶的升溫過程中晶型轉變的一個案例。我們首先將磺胺嘧啶樣品加熱至熔融溫度以上，然后將該樣品迅速拿出置于鐵板上使其驟冷，從而得到無定型的該樣品。之后對磺胺嘧啶樣品進行第二次升溫測試，經過驟冷處理的磺胺嘧啶，在升溫時，首先在55℃左右發生了玻璃化轉變，玻璃化轉變之后，亞穩相會發生結晶，也就是我們在100℃左右觀察的放熱峰，同時結合熱臺顯微鏡，在110℃的時候，我們可以清楚的觀察到球晶的形成。繼續升溫，亞穩相的結晶在175℃左右發生熔融，同時伴隨有穩定相的結晶，在這一位置拍攝的顯微照片也可以清晰的觀察到球晶的熔融和斜方晶型的形成，之后穩定相的結晶在更高的溫度熔融。

整個磺胺嘧啶由晶體形成至完全熔融的過程，我們可以在熱臺顯微鏡上全程觀察和記錄偏振光下不同晶型的形貌轉變，通過下方的視頻，我們也能直觀地感受到晶型變化的五彩斑斕。

2. 氯磺丙脲的多晶型研究和等溫結晶

氯磺丙脲是一種治療糖尿病的降血糖藥物。根據文獻， 氯磺丙脲存在5種不同的晶型。每一種晶型的溶解性不同，這導致在人體中的釋放速率不同。例如人的體溫37℃，晶型Ⅱ（熔點125 ℃）比晶型Ⅲ（熔點123 ℃）的溶解速率快得多。

上方這張圖就是氯磺丙脲的DSC曲線，可以看出樣品在123℃左右發生了熔融，隨后立即出現結晶放熱峰型成更穩定的晶型，然后在125℃左右再次熔融，這就是非常典型的多晶型轉變。那如何去獲得其他的三種晶型呢？我們可以通過改變實驗條件，比如改變實驗的升降溫速率來實現。從這里也可以看出，DSC也是研究多晶型轉變的非常簡單和快捷的工具。

多晶型物質有時候會在特殊的條件下儲存或加工，因此研究多晶型物質的晶型轉變和不同條件下的結晶行為，對于我們選擇合適的生產工藝或避免不想發生的轉變，都有重要意義。這種結晶行為也可以使用熱臺顯微鏡進行研究。

比如將氯磺丙脲從135℃以10K/min的降溫速率進行降溫，然后在80℃恒溫，可以觀察到這種條件下生成的晶體的形貌，如果將氯磺丙脲從135℃以10K/min的降溫速率降至90℃，可以觀察到結晶的數量變少，但是晶體變的更大了，如果將氯磺丙脲從135℃以10K/min降至100℃恒溫，可以觀察到結晶數量進一步減少，并且晶胞變的更大。所以說隨著結晶溫度的提高，氯磺丙脲的成核速率逐漸降低，導致晶體數量越來越少，然而結晶溫度的提高加快的晶體生長的速率，導致生成晶胞的越來越大。

當然，熱光系統除了在研究多晶型的領域有極大的用處以外，還可以用于許多其他的行業和應用，向我們在下面的列表里所列舉的這些。之后的公號里面，我們還會再和大家介紹哦~

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