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 den såkaldte reverserende og ikke-reverserende del 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
- 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.
Takket være ovnens lave termiske masse er heat-flow DSC 214 Polyma i stand til at modulere ved opvarmningshastigheder på 10 K/min i kombination med korte perioder og høje amplituder for at opnå resultater, der både er hurtige og nøjagtige.
Testbetingelser
En polystyrenprøve blev forberedt i en Concavus® gryde og målt med DSC 214 Polyma. Denne polymer blev opvarmet til 150 °C ved 10 K/min. Oscillationer med en periode på 20 s og en amplitude på 1 K blev brugt som modulationsparametre. Der blev kun brugt en small mængde af polymeren (2,36 mg) for at sikre en homogen temperaturfordeling i prøven på trods af de hurtige svingninger og den høje amplitude.
Testresultater
Den samlede målte varmestrøm (som svarer til en konventionel DSC-kurve) er vist i figur 1. Det endoterme trin, der registreres ved 102 °C (midtpunktet), skyldes polystyrens glasovergang. Det overlappes af en afslapningstop ved 108 °C, der skyldes frigørelse af mekanisk spænding 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 samt 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 105,1 °C (midtpunkt) og relaxationstoppen ved 105,6 °C (spidstemperatur) med en entalpi på 1,2 J/g.
Konklusion
Takket være modulation er det kun nødvendigt med nogle få minutter for at evaluere glasovergangen for polystyren nøjagtigt. DSC 214 Polyma 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.