مقدمة
عند مقارنة وظيفة القياس الخاصة بالميزان التحليلي بوظيفة الميزان التحليلي مع وظيفة الميزان الحراري، يمكن ملاحظة اختلافين أساسيين. عند استخدام الموازين التحليلية لتحضير العينات في المختبر، تضمن الألواح القابلة للغلق عدم وجود تيار هوائي يمكن أن يزعج إشارة الوزن؛ بالإضافة إلى ذلك، لا تستغرق عملية الوزن عمومًا أكثر من 10 إلى 30 ثانية. أما في الموازين الحرارية، من ناحية أخرى، يتم تطهير حجرة العينة باستمرار بتدفق غاز ناقل؛ ويستغرق القياس، مثل القياس من درجة حرارة الغرفة إلى 1100 درجة مئوية بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة، ما يقرب من ساعتين. وبالتالي، في حالة الموازين الحرارية، تكون المتطلبات المفروضة على مقاومة التداخل، وخاصةً على استقرار إشارة القياس على المدى الطويل، أعلى بكثير.
مع أي طريقة تحليلية، يتم ضبط أداة القياس ومعايرتها قبل فحص العينة. بعد ذلك، غالبًا ما يتم تحديد ما يسمى بـ "القيمة الفارغة"، والتي تشمل أي تأثيرات لا يمكن أن تعزى إلى العينة. يسمح برنامج القياس والتقييم عادةً بتصحيح القيم المقاسة باستخدام القيمة الفارغة. وهذا بدوره يسمح بتحديد وإزالة الانحرافات المنهجية وكذلك التأثيرات الناجمة إما عن أداة القياس نفسها أو عن ظروف القياس المحددة.
تحديد القيمة الفارغة بمساعدة قياسات التصحيح الفارغة
بالنسبة للموازين الحرارية أيضًا، يتم تصحيح إشارة القياس باستخدام قيمة فارغة. وعادةً ما يتم تحديد هذه القيمة باستخدام بوتقة فارغة وظروف قياس مطابقة لتلك التي سيتم استخدامها على العينة. سيتم حفظ قياس التصحيح هذا في البرنامج كمجموعة بيانات مستقلة. بعد قياس العينة، يمكن للمشغل بعد ذلك مقارنة النتيجة غير المصححة بالنتيجة التي تم تصحيحها كدالة لدرجة الحرارة - كل ذلك بلمسة زر واحدة في برنامج التقييم. ومع ذلك، عند إجراء مثل هذا التحديد للقيمة الفارغة، فإن أكبر التأثيرات التي يجب تصحيحها على إشارة القياس لا تنبع في الواقع من أداة القياس نفسها، ولكنها تعزى بالأحرى إلى ظروف القياس. إن تدفق غاز التطهير الدائم وتغير درجة الحرارة في غرفة العينة مسؤولان عن التغير المعتمد على درجة الحرارة في ظروف التدفق وكذلك كثافة غاز التطهير. وبالتالي يحدث تغير في الطفو الذي يخضع له حامل العينة وبالتالي العينة نفسها أيضًا.
يتميز التوازن الحراري الجيد بقابلية استنساخ جيدة لنتائج القياس. ويشهد ذلك على ظروف القياس المستقرة التي تسجل دائمًا التأثيرات الفيزيائية البحتة الموصوفة أعلاه على نتيجة القياس بطريقة متسقة، وبالتالي تضمن تصحيحًا جيدًا لنتائج العينة.
يظهر في الشكل 1 مقارنة بين تحديدين لقيمتين فارغتين (باللونين الأحمر والأخضر) تشهدان على قابلية الاستنساخ الجيدة لجهاز TG 209 F1 Libra®. ينتج عن طرح هاتين القيمتين الفارغتين قيمة صفرية مثالية تقريبًا (باللون الأزرق) عبر نطاق درجة الحرارة بالكامل. أثناء قياسات قياس الثقل الحراري، غالبًا ما يتم تغيير جو العينة من تدفق غاز خامل (عادةً النيتروجين) إلى ظروف مؤكسدة (عادةً الهواء الاصطناعي أو الأكسجين) من أجل متابعة الانحلال الحراري مع احتراق مستهدف، مثل احتراق أسود الكربون المتحلل حراريًا. يشكل هذا التغيير في الغاز والتغير المرتبط به في تدفق الغاز اضطرابًا كبيرًا لإشارة الوزن. حتى أن اضطرابًا بهذا الحجم يمكن تعويضه بالكامل تقريبًا ضمن التصحيح، وذلك بفضل أجهزة التحكم في التدفق الكتلي (MFC) وما يرتبط بها من قابلية استنساخ جيدة للتغيرات في ظروف القياس. تبلغ نسبة عدم اليقين في القياس أثناء تغير الغاز 0.007 مجم عند درجة حرارة 600 درجة مئوية، وهو ما يساوي - بالنسبة لكتلة عينة نموذجية جدًا تبلغ 10 مجم - نسبة عدم يقين في القياس تبلغ ± 0.07%.
يسمح تحديد القيمة الفارغة والقدرة الناتجة على تصحيح قيم القياس بالحصول على نتائج قياس دقيقة للغاية - حتى عندما تكون كتل العينة صغيرة مثل 10 ملجم والظروف الفيزيائية كما هو موضح أعلاه.
التصحيح عن طريق برنامج BeFlat®
على الرغم من أن الطريقة الموصوفة أعلاه لتحديد القيم الفارغة وإجراء التصحيح اللاحق تعمل بشكل جيد للغاية، إلا أنها تتطلب أيضًا زيادة في جهد القياس. ويرجع ذلك إلى أن الاختلافات في ظروف القياس - مثل مادة البوتقة وشكلها، ونوع غاز التطهير، ومعدل غاز التطهير ومعدل التسخين - تؤثر على نتائج القياس بدرجات متفاوتة. في السابق، لم يكن من الممكن تصحيح ذلك إلا من خلال إجراء قياسات التصحيح في ظل ظروف القياس المتغيرة المقابلة بالضبط لكل سلسلة قياس معنية.
يحتفظ جهاز التصحيح BeFlat® بسجل لاعتماد درجة الحرارة لتأثيرات القياس ومعدل التسخين وغازات التطهير المختلفة (مثل الأرجون والهواء والنيتروجين) ومعدلات تدفق الغاز، وبالتالي يمكنه توفير التصحيح المناسب لظروف القياس المحددة دون الحاجة إلى إجراء تحديد قيمة فارغة في شكل قياس تصحيح. بالنسبة لحوالي 98% من جميع التوليفات الممكنة لتأثيرات القياس الممكنة، يكون التصحيح المقابل المعتمد على درجة الحرارة متاحًا بالفعل ويمكن استرجاعه في أي وقت. وبالطبع، يمكن أيضًا تنشيط هذا التصحيح أو إلغاء تنشيطه عبر برنامج التقييم؛ وبالتالي تظل مجموعة البيانات الخاصة بقياس العينة الفعلية دون تغيير.
يوضح الشكل 2 الفرق بين قياسين تم إجراؤهما باستخدام بوتقات فارغة في ظل ظروف قياس متطابقة؛ أحدهما مع تصحيح BeFlat® (باللون الأزرق) والآخر بدون تصحيح BeFlat® (باللون الأحمر).
يظهر في الشكل 3 مثال على تطبيق تصحيح BeFlat® على دراسة تفاعل الجفاف الحراري. يمكن أن نرى هنا بوضوح أن تصحيح BeFlat® (باللون الأزرق) يتوافق بشكل جيد جدًا مع نتيجة التصحيح التقليدي الذي يتم إجراؤه عن طريق قياس التصحيح (باللون الأخضر). في الحالات التي تكون فيها جودة التصحيحات متماثلة تقريبًا، فإن ميزة استخدام تصحيح BeFlat® هي توفير كبير في الوقت الذي يوفره الاستغناء عن قياسات التصحيح الإضافية.
