مقدمة
تُستخدم قياسات DSC المعدلة لفصل التأثيرات المتداخلة. لا تخضع العينة لمعدل تسخين خطي فقط، ولكن أيضًا لتغيرات درجة الحرارة الجيبية. تؤدي هذه الطريقة إلى فصل ما يسمى بالجزء العكسي وغير العكسي 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
- السعة (بالكيلووات)
- 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 اتباع معدلات تسخين سريعة مع تذبذبات قصيرة، عادةً ما يتم إجراء القياسات المعدلة بمعدلات تسخين أقل من أو تساوي 5 كلفن/الدقيقة.
وبفضل الكتلة الحرارية المنخفضة للفرن، فإن DSC 214 Polyma للتدفق الحراري قادر على التعديل بمعدلات تسخين تبلغ 10 كلفن/الدقيقة مع فترات قصيرة وسعات عالية للحصول على نتائج سريعة ودقيقة في آنٍ واحد.
شروط الاختبار
تم تحضير عينة من البوليسترين في وعاء كونكافوس وقياسها باستخدام DSC 214 Polyma. تم تسخين هذا البوليمر إلى 150 درجة مئوية عند 10 كلفن/دقيقة. استُخدمت ذبذبات بفترة 20 ثانية وسعة 1 كلفن كمعاملات تعديل. استُخدمت كمية صغيرة فقط من البوليمر (2.36 مجم) لضمان توزيع درجة حرارة متجانس داخل العينة على الرغم من التذبذبات السريعة والسعة العالية.
نتائج الاختبار
يعرض الشكل 1 التدفق الحراري الكلي المقيس (الذي يتوافق مع منحنى DSC التقليدي). وتُعزى الخطوة الماصة للحرارة المكتشفة عند 102 درجة مئوية (نقطة المنتصف) إلى الانتقال الزجاجي للبوليسترين. وهي متداخلة مع ذروة استرخاء عند 108 درجة مئوية ناتجة عن إطلاق التوتر الميكانيكي 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 وكذلك السعة البالغة 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 ذروة الاسترخاء غير الانعكاسي هي تأثير نموذجي غير انعكاسي. يمكن الآن تقييم كلا التأثيرين بشكل صحيح: تم اكتشاف الانتقال الزجاجي عند 105.1 درجة مئوية (نقطة المنتصف) وقمة الاسترخاء عند 105.6 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة) مع إنثالبي 1.2 جول/غم.
الخاتمة
بفضل التعديل، لا يتطلب الأمر سوى بضع دقائق فقط لتقييم الانتقال الزجاجي للبوليسترين بدقة. ويجمع DSC 214 Polyma بين متانة DSC ذات التدفق الحراري ومزايا الفرن السريع الذي يتم التحكم فيه جيدًا حتى أنه يسمح بقياسات DSC المعدلة درجة الحرارة بمعدلات تسخين عالية.