Úvod
Systém rozpoznávání a databáze křivek DSC Identify je nový a výkonný softwarový nástroj pro identifikaci neznámých vzorků a pro kontrolu kvality. Jedním z obecných problémů DSC je závislost DSC křivky na hmotnosti vzorku a použité rychlosti ohřevu. Vyšší hodnoty hmotnosti vzorku a také rychlosti ohřevu mají tendenci posouvat kalorické efekty, jako jsou skelné přechody nebo píky tání, k vyšším teplotám. Účelem této studie bylo zjistit, jak jsou výsledky hledání Identify ovlivněny takovými teplotními posuny.
Typický příklad
Na obrázku 1 jsou znázorněny výsledky Identify pro vzorek PET o hmotnosti 17,83 mg měřené při rychlosti ohřevu 20 K/min (druhý ohřev po ochlazení 10 K/min). DSC křivka byla správně identifikována jako křivka PET, přestože databázová křivka byla měřena při jiné rychlosti ohřevu (10 K/min) na jiné hmotnosti vzorku PET (12,16 mg). Je zřejmé, že posuny teplot skelného přechodu a vrcholu tání způsobené rozdílnými podmínkami měření měly na výsledek hledání jen malý vliv: podobnost obou křivek je 96,5 %, což je téměř dokonalá shoda!
Systematická studie
Vliv podmínek měření "hmotnosti vzorku" a "rychlosti ohřevu" na křivku DSC, a tedy i na výsledek Identify, byl systematicky studován pro HDPE. Pět různých vzorků HDPE o hmotnostech 1, 5, 10, 15 a 20 mg bylo zahříváno z pokojové teploty na 200 °C rychlostí 10 K/min ve dvou cyklech zahřívání.
Obrázek 2 ukazuje, jak se vrcholy tání na křivkách 2. ohřevu posouvaly k vyšším teplotám a rozšiřovaly se s rostoucí hmotností vzorku - podle očekávání. Považujeme-li křivku získanou pro vzorek o hmotnosti 10 mg za referenční, lze pozorovat vysoké hodnoty podobnosti mezi touto křivkou a křivkami pro 1, 5, 15 a 20 mg (viz tabulka na obrázku 2). V případě Identify jsou křivky získané pro vzorky o hmotnosti 5, 10 a 15 mg téměř totožné, protože jejich podobnost je vyšší než 99 %. Křivky pro vzorky o hmotnosti 1 mg a 20 mg s hodnotami podobnosti vyššími než 92 % by byly s největší pravděpodobností také správně rozpoznány.
Obrázek 3 znázorňuje vliv různých rychlostí ohřevu na vrchol tání stejného vzorku HDPE o hmotnosti 5,21 mg. Při zvýšení rychlosti ohřevu z 10 K/min na 300 K/min se teplota píku posunula ze 130,3 °C na 166,7 °C a pík se opět výrazně rozšířil.
V tabulce na obr. 3 jsou uvedeny hodnoty podobnosti z Identify mezi křivkou získanou při 10 K/min (referenční) a všemi ostatními soubory dat, resp. Podobnost mezi křivkami naměřenými při 10 K/min a 20 K/min dosáhla 96,3 %. Hodnoty podobnosti klesaly přibližně o 10 % při každém zdvojnásobení rychlosti ohřevu.
Závěrečné poznámky
- Bylo prokázáno, že stránky Identify mohou spolehlivě odpovídat křivkám DSC pro stejné materiály a poskytovat vysoké hodnoty podobnosti i při velmi rozdílných podmínkách měření vzorků. Při použití "standardních" vyhledávacích parametrů vede rozdíl 2násobku hmotnosti vzorku nebo rychlosti ohřevu stále k velmi vysokým hodnotám podobnosti, a tedy pravděpodobně ke správné identifikaci vzorku.
- Pro účely kontroly kvality, kdy je žádoucí větší rozlišení vzorků, lze zvolit "náročné" namísto "standardních" vyhledávacích parametrů Identify, aby bylo možné rozeznat nepatrné rozdíly v křivkách DSC, které povedou k large odchylkám v hodnotách podobnosti.
- Všechny DSC křivky naměřené za různých podmínek měření mohou být přidány do uživatelských knihoven Identify a následně budou v budoucnu rozpoznány. Identify také umožňuje seskupit DSC křivky naměřené při různých hmotnostech vzorků nebo rychlostech ohřevu do jedné třídy (např. materiálová třída "HDPE"). Tato funkce rovněž zvyšuje možnost správné identifikace vzorku nezávisle na podmínkách měření.