مقدمة
تُستخدم قياسات DSC المعدلة لفصل التأثيرات المتداخلة. لا تخضع العينة لمعدل تسخين خطي فقط، ولكن أيضًا لتغيرات درجة الحرارة الجيبية. وتؤدي هذه الطريقة إلى فصل ما يسمى بالأجزاء العكسية وغير العكسية من التدفق الحراري. التأثيرات العكسية هي دالة لدرجة الحرارة وتتذبذب مع تغيرات درجة الحرارة. أما العمليات غير الانعكاسية فهي دالة للزمن وتحسب على أنها الفرق بين التدفق الحراري الكلي والتدفق الحراري الانعكاسي.
يحتوي القياس المعدل على ثلاث معلمات يتم اختيارها من قبل المستخدم:
- معدل التسخين الأساسي (بوحدة كلفن/دقيقة)
- السعة (بوحدة كلفن)
- فترة التذبذب (بالثانية)
من الضروري وجود معدل تسخين مناسب وتردد كافٍ لضمان احتواء التأثيرات المراد فصلها على تذبذبات كافية لتحسين فصل التأثيرات. وهذا شرط مطلوب لتحقيق فصل جيد بين العمليات العكسية وغير العكسية. ونظرًا لأنه من الصعب على DSC للتدفق الحراري أن يتبع معدلات تسخين سريعة مع تذبذبات قصيرة، عادةً ما يتم إجراء القياسات المعدلة بمعدلات تسخين أقل من أو تساوي 5 كلفن/الدقيقة.
تعديل درجة الحرارة بمعدلات تسخين عالية
وبفضل الكتلة الحرارية المنخفضة للفرن P-Module، يمكن تعديل DSC 300 Caliris® ذو التدفق الحراري بمعدلات تسخين تبلغ 10 كلفن/الدقيقة مع فترات قصيرة وسعات عالية للحصول على نتائج سريعة ودقيقة في آنٍ واحد.
في ما يلي، يتم إجراء قياس DSC المعدل للحرارة على عينة من البوليسترين. يلخص الجدول 1 ظروف الاختبار.
الجدول 1: شروط القياس
| الجهاز | DSC 300 Caliris® مع وحدة P-Module |
|---|---|
| البوتقة | كونكافوس (ألومنيوم، مغلق بغطاء مثقوب) |
| كتلة العينة | 5.25 مجم |
| نطاق درجة الحرارة | -20 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية |
| معدل التسخين | 10 كلفن/دقيقة |
| الفترة | 20 s |
| السعة | 1 K |
نتائج القياس
يعرض الشكل 1 التدفق الحراري الكلي المقيس (الذي يتوافق مع منحنى DSC التقليدي). وتُعزى الخطوة الماصة للحرارة المكتشفة عند 84.5 درجة مئوية (نقطة المنتصف) إلى الانتقال الزجاجي للبوليسترين. وهي متداخلة مع ذروة استرخاء عند 89.7 درجة مئوية ناتجة عن إطلاق التوترات الميكانيكية داخل العينة. لا يمكن تقييم التأثيرين إلا إذا تم الفصل بينهما. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام تعديل درجة الحرارة.
يوضح الشكل 2 أنه يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل مثالي أثناء القياس المعدل: يتم الحفاظ على معدل التسخين الأساسي البالغ 10 كلفن/الدقيقة والسعة 1 كلفن دون أي صعوبة.
يظهر فصل التدفق الحراري الكلي إلى إشارات انعكاسية وغير انعكاسية في الشكل 3. ويحدث الانتقال الزجاجي في الجزء الانعكاسي من التدفق الحراري بينما تكون ذروة الاسترخاء غير الانعكاسي تأثيرًا نموذجيًا غير انعكاسي. يمكن الآن تقييم كلا التأثيرين بشكل صحيح: تم الكشف عن الانتقال الزجاجي عند 89.1 درجة مئوية (نقطة المنتصف) وذروة الاسترخاء عند 88.6 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة) مع إنثالبي 2.3 جول/غم.
الخاتمة
وبفضل التعديل بمعدلات تسخين أعلى من المعتاد، يمكن تقييم الانتقال الزجاجي للبوليسترين بسرعة ودقة. ويجمع DSC 300 Caliris® المزود بوحدة P-Module بين متانة DSC 300 Caliris® ذات التدفق الحراري ومزايا الفرن السريع الذي يتم التحكم فيه جيدًا حتى أنه يسمح بقياسات DSC المعدلة درجة الحرارة بمعدلات تسخين عالية.