Úvod
K oddělení překrývajících se efektů se používají modulovaná měření DSC. Vzorek je vystaven nejen lineární rychlosti ohřevu, ale také sinusovým změnám teploty. Tato metoda vede k oddělení tzv. reverzní a nereverzní části tepelného toku. Reverzní účinky jsou funkcí teploty a oscilují s teplotními změnami. Nevratné procesy jsou funkcí času a počítají se jako rozdíl mezi celkovým tepelným tokem a vratným tepelným tokem.
Modulované měření obsahuje tři parametry, které volí uživatel:
- Základní rychlost ohřevu (v K/min)
- Amplitudu (v K)
- Periodu oscilací (v s)
Vhodná rychlost ohřevu a dostatečná frekvence jsou nezbytné k zajištění toho, aby separované jevy obsahovaly dostatečné množství kmitů pro lepší separaci jevů. To je nutná podmínka pro dosažení dobré separace reverzních a nereverzních procesů. Protože je pro DSC s tepelným tokem obtížné sledovat rychlé rychlosti ohřevu spolu s krátkými oscilacemi, provádějí se modulovaná měření obvykle při rychlostech ohřevu nižších nebo rovných 5 K/min.
Modulace teploty při vysokých rychlostech ohřevu
Díky nízké tepelné hmotnosti pece P-Module lze tepelný tok DSC 300 Caliris® modulovat rychlostí ohřevu 10 K/min v kombinaci s krátkými periodami a vysokými amplitudami, což umožňuje rychlé a přesné výsledky.
V následujícím textu je provedeno teplotně modulované měření DSC na vzorku polystyrenu. Tabulka 1 shrnuje podmínky zkoušky.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Zařízení | DSC 300 Caliris® s P-modulem |
|---|---|
| Kelímek | Concavus® (hliníkový, uzavřený propíchnutým víkem) |
| Hmotnost vzorku | 5.25 mg |
| Teplotní rozsah | -20 °C až 150 °C |
| Rychlost zahřívání | 10 K/min |
| Perioda | 20 s |
| Amplituda | 1 K |
Výsledky měření
Celkový naměřený tepelný tok (který odpovídá konvenční DSC křivce) je zobrazen na obrázku 1. Endotermický krok zjištěný při 84,5 °C (střední bod) je způsoben skelným přechodem polystyrenu. Překrývá se s relaxačním píkem při 89,7 °C, který je důsledkem uvolnění mechanického napětí ve vzorku. Tyto dva efekty lze vyhodnotit pouze tehdy, jsou-li od sebe odděleny. Toho lze dosáhnout pomocí teplotní modulace.
Obrázek 2 ukazuje, že teplota je během modulovaného měření dokonale kontrolována: Základní rychlost ohřevu 10 K/min a amplituda 1 K se udržují bez jakýchkoli obtíží.
Rozdělení celkového tepelného toku na reverzní a nereverzní signály je znázorněno na obrázku 3. Ke skelnému přechodu dochází v reverzní části tepelného toku, zatímco ireverzibilní relaxační pík je typickým nereverzním jevem. Oba efekty lze nyní správně vyhodnotit: Přechod do skla byl zjištěn při 89,1 °C (střední bod) a relaxační pík při 88,6 °C (vrcholová teplota) s entalpií 2,3 J/g.
Závěr
Díky modulaci při vyšších rychlostech ohřevu než obvykle lze rychle a přesně vyhodnotit skelný přechod polystyrenu. Přístroj DSC 300 Caliris® s modulem P-Module kombinuje robustnost DSC s tepelným tokem a výhody rychlé, dobře řízené pece, která umožňuje i měření DSC s teplotní modulací při vysokých rychlostech ohřevu.