热分析仪

使用热量分析材料的物理和化学特性

什么是热分析仪?

热分析仪是指通过增加或减少热量来监测样品物理或化学特性的任何仪器。在这类科学仪器中,暴露在温度变化环境中的样品可能会发生其他物理特性改变,包括熔解、去折叠、结合、机械强度、成分、结晶或玻璃化转变、流变特性等。 

某些热分析仪可以监测样品温度变化,最低可达 0.000001 °C 或更低。这些细微的温度变化可能是由蛋白质的两种折叠状态或晶体结构形成之间的差异造成,并且可能导致物理特性明显不同,包括稳定性、毒性、粘弹性和导热性。

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热分析仪的类型

热分析仪缩写加热或监测观察到的特性衍生特性
差示扫描量热仪DSC加热并监测温度熔点 (Tm)
初始去折叠温度 (Tonset)
焓 (∆H)
热容 (ΔCp) 
等温滴定量热仪ITC监测温度结合常数 (KD)
化学计量 (n)
焓 (ΔH)
熵 (ΔS)
吉布斯自由能 (ΔG)
差示扫描荧光DSF加热本征荧光熔点 (Tm)
初始去折叠温度 (Tonset)
转换次数 (n)
焓 (ΔH)
吉布斯自由能 (ΔG)*
热重分析 TGA加热样品质量相变温度
样品质量变化 
动态机械分析 DMA加热机械特性剪切存储模量和损耗模量 (G’, G’’)
热导率分析仪 TCA加热导热率

传热系数

*进行等温化学变性实验时

热分析仪的应用

热分析仪在不同行业有着广泛应用,其中包括:

  1. 生物制药分析: 对于生物制药而言,通常认为特定配方中的蛋白质结构和胶体稳定性与蛋白质的热稳定性或熔点 (T m ) 有关。熔点越高表示稳定性和有效期越长。
  2. 药物分析: 热分析仪可用于研发和药物分析,以确定其热稳定性、 晶体结构 、降解、有效期,以及与其他成分的兼容性。
  3. 反应动力学: 化学反应过程中释放或吸收的热量可用于监测反应特性,包括结合常数 (K D )、化学计量 (n)、焓 (ΔH) 和熵 (ΔS)。
  4. 食品科学: 热分析仪可用于研究食品的热特性,例如糖和脂肪的玻璃化转变温度,这对食品的开发和储存条件非常有用。
  5. 化学品制造: 热分析仪可用于化学过程的优化和质量控制,例如测定化合物的熔点和结晶特性。
  6. 聚合物表征: 热分析仪可提供有关聚合物热性能和机械性能的重要信息,这对于开发和优化塑料、橡胶和复合材料等聚合物产品非常重要。

MicroCal 差示扫描量热仪 (DSC)

差示扫描量热法 (DSC) 是一种微量热技术,用于鉴定蛋白质或其他生物分子的结构稳定性。该技术通过测量与分子恒速加热时热变性相关的热量变化予以实现。

理论上,热跃迁中点 (Tm) 越高,分子越稳定。DSC 可测量因热变性造成的去折叠热焓 (∆H)。此外,它也用于确定变性过程中的热容变化 (ΔCp)。DSC 可以说明有助于生物分子折叠和保持稳定的因素。这些因素包括疏水相互作用、氢键结合、构象熵和物理环境。

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MicroCal 等温滴定量热法 (ITC)

等温滴定量热法 (ITC) 是一种无标记定量分析技术,可用于研究生物分子相互作用。其工作原理是测量结合事件期间释放的热量(放热反应)或吸收的热量(吸热反应)。

ITC 是唯一一种能够在一次试验中同时确定所有结合参数的技术。其可以测定结合配偶体在自然状态下的亲和力,无需通过荧光标记或固定化技术对结合配偶体进行修饰。

通过测量结合过程中的热传递,就能够准确地确定结合常数 (KD)、反应化学量 (n)、焓 (∆H) 和熵 (ΔS)。这就提供了有关分子相互作用的完整热力学信息。

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差示扫描荧光 (DSF) 

差示扫描荧光分析法 (DSF) 是一种基于荧光光谱的技术,可监测蛋白质相对于加热温度的固有发射光谱。在热变性过程中,组成蛋白质的氨基酸暴露在更亲水的环境中,导致本征荧光氨基酸 (Trp, Tyr) 的最大信号 (λmax) 从 330 nm 变为 350 nm。然后,可以将这一易于观测的信号根据温度进行标注,并对数据进行二阶导数运算,从而找到热转化温度 (Tm)。 

单个蛋白质中通常会发生多次热转化,因此该技术非常适合监测突变对蛋白质结构稳定性的影响,以及缓冲液成分对蛋白质稳定性的影响等应用。该技术甚至可用于研究低分子量配体的结合亲和力,对潜在候选药物的结合亲和力进行排序。

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MicroCal DSC 系列

MicroCal DSC 系列

适用于监管环境的蛋白质稳定性分析标准

MicroCal ITC 系列

MicroCal ITC 系列

一次分析试验就可测定生物分子的多项结合参数

技术类型
差示扫描量热法 (DSC)
等温滴定量热法 (ITC)
微量热法
测量类型
无标记分析
蛋白质稳定性