مقدمة
قياس المسح الحراري التفاضلي (DSC) هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتحديد السلوك الحراري للبوليمرات. وعن طريق خاصية درجة حرارة الذوبان لكل بوليمر، يمكن أيضًا جمع معلومات عن تركيب العينات المجهولة. إلى جانب الكتب المرجعية، تتوفر الآن أيضًا قاعدة بيانات قائمة على البرمجيات للتحليل الحراري والتي تقارن نتائج القياس مع بيانات المكتبة وتسمح بتصنيف النتائج بناءً على أوجه التشابه [1]. وبالتالي، يمكن للمرء الحصول على اقتراحات قيمة لتحديد العينات المجهولة حتى مع وجود خبرة قليلة خاصة به [2].
في هذا العمل، يتم استخدام قاعدة بيانات Identify للتعرف على أنواع مختلفة من البولي إيثيلين واستبعاد مواد أخرى بناءً على مقارنة أوجه التشابه.
المواد والطرق
تم توفير خمسة أنواع من البولي إيثيلين - PE-LD (منخفض الكثافة)، PE-LLD (منخفض الكثافة الخطية)، PE-MD (متوسط الكثافة)، PE-HD (عالي الكثافة) وPE-UHMW (وزن جزيئي فائق الارتفاع) - للتوصيف. تم إجراء التحقيق في سلوك الذوبان باستخدام DSC 214 Polyma. كانت كتل العينة تتراوح بين 10.0 مجم و15.0. تم كبس بوتقات الألومنيوم كونكافوس مع أغطية مثقوبة وتم تسخينها مرتين إلى 200 درجة مئوية في جو من النيتروجين بمعدلات تسخين وتبريد 10 كلفن/دقيقة.
النتائج والمناقشة
يتمثل النهج المستخدم عادةً في التحليل الآلي في مقارنة نتائج القياس الخاصة بالمرء مع البيانات المقارنة المخزنة في قاعدة بيانات. بالنسبة للطرق الطيفية مثل التحليل الطيفي مثل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) أو قياس الطيف الكتلي (MS)، تتوفر قواعد بيانات تسمح بإجراء هذه المقارنة. وحتى وقت قريب، لم تكن هذه الإمكانية متاحة في التحليل الحراري. ولم يجد هذا النهج طريقه في التحليل الحراري إلا من خلال إدخال قاعدة بيانات تحديد الهوية القائمة على البرمجيات [1]. ولتحديد المواد، عادةً ما يتم استخدام التسخين الثاني في فحوصات DSC، نظرًا لأن التسخين الأول يتداخل بشكل عام مع معلمات العملية أو ظروف التخزين أو التاريخ الحراري للعينة. من ناحية أخرى، يُظهر التسخين الثاني - بعد التبريد الخطي المتحكم فيه - السلوك الفعلي للمادة، وبالتالي يسمح بسهولة أكبر باستخلاص استنتاجات حول تكوين المادة.
تظهر مقارنة بين عمليات التسخين الثانية لكل نوع من أنواع "البولي إيثيلين" المختلفة في الشكل 1. بالإضافة إلى ذلك، يوضح الشكل تدرج أنواع الـ PE المقترحة الناتجة عن تحديد الهوية. على سبيل المثال، إذا تم قياس PE-LD (باللون الأزرق) ومقارنته بالقيم المقارنة التي توصل إليها Identfiy، يمكن التعرف على العينة على أنها PE-LD بقيم تشابه تبلغ 99.08%. ومع ذلك، يتم تصنيف أنواع البولي إيثيلين الأخرى بقيم تشابه أقل بكثير.
تتوافق قيم التشابه الموضحة في الشكل 1 مع السطر الأول في الجدول 1. يتم تلخيص جميع نتائج مقارنة قاعدة البيانات هنا. يُظهر العمود الأول المادة المقاسة والخط المعني لقيم التشابه التي تم العثور عليها عن طريق التعريف مع التقدير المقابل. وبذلك يظهر الخط المنصف أن نوع البولي إيثيلين المقابل الذي تزيد قيمة التشابه فيه عن 98% قد تم تعيينه بشكل صحيح. لم يتم العثور على قيم تشابه بنسبة 100% بالضبط نظرًا لأن القياسات التي سيتم تحليلها تم إجراؤها على نفس العينات المخزنة في قاعدة بيانات Identify، ولكن لا تتم مقارنة بيانات القياس المتطابقة أبدًا. القيم من الجدول 1 موضحة بيانيًا في الشكل 2.
الجدول 1: ملخص لقيم التشابه لجميع أنواع البولي إيثيلين؛ يوضح العمود الأول العينات المقاسة، وفي الأعمدة الأخرى تظهر قيم التشابه المحددة لكل منها.
PE-LD | PE-MD | PE-LLD | PE-HD | PE-UHMW | |
|---|---|---|---|---|---|
| PE-LD | 99.08 | 93.38 | 74.06 | 29.94 | 23.75 |
| PE-MD | 95.31 | 98.06 | 74.80 | 36.23 | 31.44 |
| PE-LLD | 70.50 | 72.52 | 98.29 | 80.47 | 73.96 |
| PE-HD | 31.14 | 37.57 | 76.77 | 99.90 | 95.64 |
| ÜE-UHMW | 23.99 | 28.32 | 69.69 | 94.41 | 99.74 |
الملخص
تناسب طريقة قياس المسح التفاضلي للسعرات الحرارية (DSC) للكشف عن سلوك ذوبان عينات البوليمر. وبمساعدة قاعدة بيانات تحديد الهوية، يمكن مقارنة نتائج القياس المحددة مع بيانات المكتبة سواء بصريًا أو استنادًا إلى القيم المقيّمة. وهذا يسمح أيضًا بتحديد موثوق لأنواع البولي إيثيلين المختلفة. كما هو موضح بالفعل في مكان آخر، من الممكن أيضًا التعرف على نسبة الخلط [2 (أ)]. وعلاوة على ذلك، يمكن توسيع قاعدة بيانات التعريف من خلال البيانات الخاصة بالفرد، وبالتالي يمكن تعديلها حسب الاحتياجات الفردية.