TGA-BeFlat®
Το TGA-BeFlat® είναι μια μαθηματική διαδικασία που επιτρέπει την αφαίρεση από τη μέτρηση TGA της συμβολής των φυσικών φαινομένων, επηρεάζοντας έτσι τη μετρούμενη τιμή TGA. Τα φαινόμενα αυτά είναι: το φαινόμενο της άνωσης και η δύναμη τριβής από το κατακόρυφα κινούμενο αέριο. Η δύναμη αυτή είναι συνάρτηση της ροής του αερίου και του ιξώδους του αερίου που εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η εφαρμογή της TGA-BeFlat® σημαίνει: Εάν ένα δείγμα μετράται σε ρέον αέριο χωρίς ξεχωριστή μέτρηση γραμμής βάσης, το λογισμικό υπολογίζει τη γραμμή βάσης και την αφαιρεί από τη μέτρηση του δείγματος. Η συνήθης διαδικασία για την αφαίρεση αυτών των φυσικών φαινομένων είναι η μέτρηση μιας γραμμής βάσης και η αφαίρεσή της από τη μέτρηση του δείγματος.
Ωστόσο, εάν ένα δείγμα πρέπει να μετρηθεί σε συνθήκες ροής αερίου χωρίς ξεχωριστή μέτρηση γραμμής βάσης, το λογισμικό πρέπει να υπολογίσει τη γραμμή βάσης και να την αφαιρέσει από τη μέτρηση του δείγματος. Το σχήμα 1 αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα του TGA-BeFlat®. Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του STA 449 F5 Jupiter® με άδεια χωνευτήρια (χωρίς δείγμα και δείγμα αναφοράς) με ρυθμό θέρμανσης 10 K/min. Η µπλε καµπύλη είναι τα µετρηµένα δεδοµένα συµπεριλαµβανοµένης της επίδρασης των φυσικών φαινοµένων που περιγράφονται ανωτέρω. Η κόκκινη καμπύλη αντιστοιχεί στα διορθωμένα δεδομένα BeFlat®, όπου η βασική γραμμή υπολογίζεται και αφαιρείται από την καμπύλη μέτρησης. Για λόγους ευκολίας, η λύση λογισμικού TGA-BeFlat® περιλαμβάνεται πλέον στο λογισμικό Proteus® των οργάνων TG 209 F1 Libra® και STA 449 F5 Jupiter® - προαιρετικά διατίθεται και για άλλα όργανα.
DSC-BeFlat®
Η DSC-BeFlat® είναι μια μαθηματική διαδικασία που επιτρέπει την αφαίρεση από μια μέτρηση DSC της συμβολής των φυσικών φαινομένων, επηρεάζοντας έτσι τη μετρούμενη τιμή DSC. Ορισμένα από αυτά τα φαινόμενα είναι: μη συμμετρία του αισθητήρα DSC, διαφορετικά επίπεδα θερμικής επαφής μεταξύ του αισθητήρα και των χωνευτηρίων για την πλευρά του δείγματος και την πλευρά της αναφοράς και διαφορετικές μάζες χωνευτηρίων για το δείγμα και την αναφορά. Δεν χρησιμοποιείται τόσο συχνά στη θερμοβαρυμετρία, αλλά όπως και στην TGA, τα φυσικά αυτά φαινόμενα συνήθως εξαλείφονται με τη μέτρηση της γραμμής βάσης και την αφαίρεσή της από τη μέτρηση του δείγματος. Και πάλι, μια μέτρηση δείγματος χωρίς μέτρηση γραμμής βάσης απαιτεί από το λογισμικό να υπολογίσει μια γραμμή βάσης και να την αφαιρέσει από τη μέτρηση του δείγματος. Οι δύο μέθοδοι Standard BeFlat® και Advanced BeFlat® κάνουν γενικά το ίδιο: υπολογίζουν τη γραμμή βάσης και την αφαιρούν. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μεθόδων είναι ο τρόπος υπολογισμού της γραμμής βάσης.
Τυπικό DSC BeFlat®
Μαθηματική προσέγγιση:
Το πρόσθετο λογισμικό DSC-BeFlat® για τη διόρθωση των εξαρτώμενων από τη θερμοκρασία και το ρυθμό θέρμανσης αποκλίσεων της βασικής γραμμής DSC σε μια πολυδιάστατη πολυωνυμική συνάρτηση έχει σχεδιαστεί για να συμβάλει στην επίτευξη της υψηλότερης δυνατής σταθερότητας της βασικής γραμμής με ελάχιστη καμπυλότητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Είναι γνωστό ότι μια μέτρηση DSC εξαρτάται από τη θερμοκρασία και το ρυθμό θέρμανσης. Η συνηθέστερη εξάρτηση μπορεί να παρουσιαστεί ως πολυώνυμο δύο μεταβλητών: θερμοκρασία (T) και ρυθμός θέρμανσης (HR).
Για να βρεθούν οι άγνωστοι συντελεστέςai,k, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν πολλές μετρήσεις με διαφορετικούς ρυθμούς θέρμανσης για την ίδια περιοχή θερμοκρασιών, η οποία πρέπει να έχει πλάτος τουλάχιστον μερικές εκατοντάδες Κ. Το σχήμα 2 δείχνει ότι η βασική γραμμή εξαρτάται από τον ρυθμό θέρμανσης για κάθε θερμοκρασία.
Η εξίσωση (1) δημιουργεί μια δισδιάστατη επιφάνεια ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και του ρυθμού θέρμανσης. Η επιφάνεια αυτή σημειώνεται με μπλε χρώμα στο σχήμα 3. Η λειτουργία αυτή είναι ενεργοποιημένη μόνο στο εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών και ρυθμών θέρμανσης: εδώ, θερμοκρασίες από 0 έως 300°C και ρυθμοί θέρμανσης από 2 έως 20 K/min.
Ανάλογα με το όργανο, το πρότυπο BeFlat® μπορεί να απαιτεί είτε πολλά τμήματα θέρμανσης σε μία μέτρηση (DSC) είτε πολλές ανεξάρτητες μετρήσεις, όπως στην περίπτωση της STA.
Προχωρημένο BeFlat®
Φυσική προσέγγιση:
Το φυσικό μοντέλο για τη ροή θερμότητας περιγράφεται μαθηματικά για το σύστημα που περιέχει φούρνο, αισθητήρα με δύο θέσεις και δύο χωνευτήρια. Οι τιμές της θερμικής αντίστασης στο εσωτερικό του αισθητήρα και των θερμικών αντιστάσεων μεταξύ του χωνευτηρίου και του αισθητήρα είναι άγνωστες. Η συμβολή της διαφοράς μάζας μεταξύ του χωνευτηρίου δείγματος και του χωνευτηρίου αναφοράς είναι ανάλογη του ρυθμού θέρμανσης, αλλά ο συντελεστής αναλογικότητας είναι επίσης άγνωστος. Για να βρεθούν αυτές οι άγνωστες παράμετροι που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν δύο μετρήσεις calibration: μια πρώτη θέρμανση με ένα μόνο άδειο χωνευτήρι στην πλευρά αναφοράς (και κανένα χωνευτήρι στην πλευρά του δείγματος) και η δεύτερη μέτρηση με δύο άδεια χωνευτήρια.
Από αυτές τις δύο μετρήσεις, όλες οι άγνωστες παράμετροι βρίσκονται σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία. Το Σχήμα 4 παρουσιάζει ένα παράδειγμα Advanced DSC-BeFlat® για ένα τμήμα θέρμανσης (δύο άδεια χωνευτήρια, χωρίς δείγμα)- η πράσινη καμπύλη είναι τα μετρούμενα δεδομένα. Η κόκκινη καμπύλη είναι τα διορθωμένα δεδομένα BeFlat® όπου υπολογίζεται και αφαιρείται η βασική γραμμή.
Συμπέρασμα
Οι λειτουργίες λογισμικού BeFlat® και Advanced DSC-BeFlat® ενσωματώνονται στο λογισμικό Proteus® από τις εκδόσεις 7.0 και 7.1, αντίστοιχα. Και οι δύο επιτρέπουν αποτελεσματικές και ακριβείς μετρήσεις χωρίς την ανάγκη πρόσθετων μετρήσεων γραμμής βάσης.