Úvod
Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) je široce používaná metoda pro stanovení tepelného chování polymerů. Pomocí charakteristiky teploty tání pro každý polymer lze také získat informace o složení neznámých vzorků. Vedle referenčních knih je nyní k dispozici také softwarová databáze pro termickou analýzu, která porovnává výsledky měření s údaji z knihovny a umožňuje klasifikaci výsledků na základě podobnosti [1]. Člověk tak může získat cenné podněty pro identifikaci neznámých vzorků i s malými vlastními zkušenostmi [2].
V této práci je databáze Identify využita k rozpoznání různých typů polyethylenu a k vyloučení jiných látek na základě porovnání podobností.
Materiály a metody
Pro charakterizaci bylo k dispozici pět typů polyethylenu - PE-LD (nízká HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota), PE-LLD (lineární nízká HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota), PE-MD (medium HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota), PE-HD (vysoká HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota) a PE-UHMW (ultravysoká molekulová hmotnost). Zkoumání chování při tání bylo provedeno pomocí přístroje DSC 214 Polyma. Hmotnosti vzorků se pohybovaly mezi 10,0 mg a 15,0. Hliníkové kelímky Concavus® byly slisovány s propíchnutým víkem a dvakrát zahřáty na 200 °C v dusíkové atmosféře při rychlosti ohřevu a ochlazování 10 K/min.
Výsledky a diskuse
Obvykle používaným přístupem v instrumentální analýze je porovnání vlastních výsledků měření se srovnávacími údaji uloženými v databázi. Pro spektroskopické metody, jako je infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FT-IR) nebo hmotnostní spektrometrie (MS), jsou k dispozici databáze, které takové srovnání umožňují. U termické analýzy tato možnost donedávna nebyla k dispozici. Teprve zavedením softwarové databáze Identify si tento přístup našel cestu i do termické analýzy [1]. Pro identifikaci materiálu se obvykle používá druhý ohřev při vyšetřování DSC, protože první ohřev je obvykle překrytý parametry procesu, podmínkami skladování nebo tepelnou historií vzorku. Na druhou stranu druhý ohřev - po řízeném lineárním ochlazení - ukazuje skutečné chování materiálu, a proto snadněji umožňuje vyvozovat závěry o složení materiálu.
Srovnání průběhů druhého ohřevu pro každý z různých typů "PE" je uvedeno na obrázku 1. Kromě toho je znázorněno třídění navrhovaných typů PE, které poskytuje Identify. Pokud se například změří PE-LD (modrá barva) a porovná se se srovnávacími hodnotami zjištěnými pomocí Identfiy, lze vzorek rozpoznat jako PE-LD s hodnotami podobnosti 99,08 %. Ostatní typy PE jsou však klasifikovány s výrazně nižšími hodnotami podobnosti.
Hodnoty podobnosti uvedené na obrázku 1 odpovídají prvnímu řádku v tabulce 1. Zde jsou shrnuty všechny výsledky porovnání databází. V prvním sloupci je uvedena měřená látka a v příslušném řádku hodnoty podobnosti zjištěné pomocí Identify s odpovídajícím tříděním. Dvojitá čára tak ukazuje, že odpovídající typ polyethylenu s hodnotou podobnosti vyšší než 98 % je přiřazen správně. Nikdy nejsou nalezeny hodnoty podobnosti přesně 100 %, protože analyzovaná měření byla provedena na stejných vzorcích, jaké jsou uloženy v databázi Identify, ale nikdy se neporovnávají totožné údaje z měření. Hodnoty z tabulky 1 jsou graficky znázorněny na obrázku 2.
Tabulka 1: Souhrn hodnot podobnosti všech typů polyethylenu; v prvním sloupci jsou uvedeny naměřené vzorky a v dalších sloupcích jsou uvedeny hodnoty podobnosti stanovené pro každý z nich.
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 |
Souhrn
Metoda diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) je vhodná pro zjišťování chování polymerních vzorků při tání. Pomocí databáze Identify lze zjištěné výsledky měření porovnat s údaji z knihovny, a to jak vizuálně, tak na základě vyhodnocených hodnot. To také umožňuje spolehlivou identifikaci různých typů polyethylenu. Jak již bylo ukázáno na jiném místě, je možné rozpoznat také poměr mixutre [2 (a)]. Databázi Identify lze navíc rozšířit o vlastní údaje a přizpůsobit ji tak individuálním potřebám.