Introduktion
Modulerede DSC-målinger bruges til at adskille overlappende effekter. Prøven udsættes ikke kun for lineær opvarmningshastighed, men også for sinusformede temperaturvariationer. Denne metode fører til adskillelse af de såkaldte reverserende og ikke-reverserende dele af varmestrømmen. De reverserende effekter er en funktion af temperaturen og svinger med temperaturvariationer. De ikke-reverserende processer er en funktion af tiden og beregnes som forskellen mellem den samlede varmestrøm og den reverserende varmestrøm.
En moduleret måling indeholder tre parametre, der skal vælges af brugeren:
- Den underliggende opvarmningshastighed (i K/min)
- Amplituden (i K)
- Svingningsperioden (i s)
En passende opvarmningshastighed og en tilstrækkelig frekvens er nødvendig for at sikre, at de effekter, der skal adskilles, indeholder nok svingninger til en forbedret adskillelse af effekterne. Dette er en nødvendig betingelse for at opnå en god adskillelse af de reverserende og ikke-reverserende processer. Da det er vanskeligt for en varmeflow-DSC at følge hurtige opvarmningshastigheder sammen med korte svingninger, udføres modulerede målinger normalt ved opvarmningshastigheder på mindre end eller lig med 5 K/min.
Temperaturmodulation med høje opvarmningshastigheder
Takket være P-Modul-ovnens lave termiske masse kan varmestrømmen DSC 300 Caliris® moduleres ved opvarmningshastigheder på 10 K/min i kombination med korte perioder og høje amplituder for at opnå resultater, der både er hurtige og nøjagtige.
I det følgende udføres en Temperaturmoduleret DSCTemperaturmoduleret DSC (TM-DSC) bruges til at adskille flere termiske effekter, der forekommer i samme temperaturområde og overlapper hinanden i DSC-kurven.temperaturmoduleret DSC-måling på en polystyrenprøve. Tabel 1 opsummerer testbetingelserne.
Tabel 1: Målebetingelser
| Apparat | DSC 300 Caliris® med P-modul |
|---|---|
| Digel | Concavus® (aluminium, lukket med gennembrudt låg) |
| Masse af prøve | 5.25 mg |
| Temperaturområde | -20°C til 150°C |
| Opvarmningshastighed | 10 K/min |
| Periode | 20 s |
| Amplitude | 1 K |
Resultater af målinger
Den samlede målte varmestrøm (som er i overensstemmelse med en konventionel DSC-kurve) er vist i figur 1. Det endoterme trin ved 84,5 °C (midtpunktet) skyldes polystyrens glasovergang. Det overlappes af en afslapningstop ved 89,7 °C, der skyldes frigørelse af mekaniske spændinger i prøven. De to effekter kan kun evalueres, hvis de adskilles. Dette kan opnås ved hjælp af temperaturmodulation.
Figur 2 viser, at temperaturen er perfekt kontrolleret under den modulerede måling: Den underliggende opvarmningshastighed på 10 K/min og amplituden på 1 K opretholdes begge uden problemer.
Opdeling af den samlede varmestrøm i reverserende og ikke-reverserende signaler er vist i figur 3. Glasovergangen forekommer i den reverserende del af varmestrømmen, mens den irreversible afslapningstop er en typisk ikke-reverserende effekt. Begge effekter kan nu evalueres korrekt: Glasovergangen blev registreret ved 89,1 °C (midtpunkt) og relaxationstoppen ved 88,6 °C (spidstemperatur) med en entalpi på 2,3 J/g.
Konklusion
Takket være modulation ved højere opvarmningshastigheder end normalt kan glasovergangen for polystyren evalueres hurtigt og præcist. DSC 300 Caliris® med P-modul kombinerer robustheden ved en heat-flow DSC og fordelene ved en hurtig, velkontrolleret ovn, der endda giver mulighed for temperaturmodulerede DSC-målinger ved høje opvarmningshastigheder.