Εισαγωγή
Το σύστημα αναγνώρισης καμπυλών και βάσης δεδομένων Identify DSC είναι ένα νέο και ισχυρό εργαλείο λογισμικού για την ταυτοποίηση άγνωστων δειγμάτων και για τον έλεγχο ποιότητας. Ένα γενικό ζήτημα της DSC είναι η εξάρτηση της καμπύλης DSC από τη μάζα του δείγματος και τον εφαρμοζόμενο ρυθμό θέρμανσης. Μεγαλύτερες τιμές της μάζας του δείγματος και του ρυθμού θέρμανσης τείνουν να μετατοπίζουν θερμιδικά φαινόμενα, όπως υαλώδεις μεταβάσεις ή κορυφές τήξης, σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να προσδιοριστεί πώς επηρεάζονται τα αποτελέσματα Identify search από τέτοιες θερμοκρασιακές μετατοπίσεις.
Τυπικό παράδειγμα
Το Σχήμα 1 απεικονίζει τα αποτελέσματα ταυτοποίησης για ένα δείγμα PET 17,83 mg που μετρήθηκε με ρυθμό θέρμανσης 20 K/min (2η θέρμανση μετά από ψύξη με 10 K/min). Η καμπύλη DSC ταυτοποιήθηκε σωστά ως καμπύλη PET, παρόλο που η καμπύλη της βάσης δεδομένων μετρήθηκε με διαφορετικό ρυθμό θέρμανσης (10 K/min) σε διαφορετική μάζα δείγματος PET (12,16 mg). Προφανώς, οι μετατοπίσεις στις θερμοκρασίες υαλώδους μετάβασης και στις κορυφές τήξης λόγω των διαφορετικών συνθηκών μέτρησης είχαν ελάχιστες επιπτώσεις στο αποτέλεσμα search: η ομοιότητα μεταξύ των δύο καμπυλών είναι 96,5 %, μια σχεδόν τέλεια ταύτιση!
Συστηματική μελέτη
Η επίδραση των συνθηκών μέτρησης της "μάζας του δείγματος" και του "ρυθμού θέρμανσης" στην καμπύλη DSC και, ως εκ τούτου, στο αποτέλεσμα της ταυτοποίησης μελετήθηκε συστηματικά για το HDPE. Πέντε διαφορετικά δείγματα HDPE με μάζες 1, 5, 10, 15 και 20 mg θερμάνθηκαν από τη θερμοκρασία δωματίου στους 200°C με ρυθμό 10 K/min για δύο κύκλους θέρμανσης.
Στο Σχήμα 2 φαίνεται πώς οι κορυφές τήξης των καμπυλών 2ης θέρμανσης μετατοπίστηκαν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και έγιναν ευρύτερες με την αύξηση της μάζας του δείγματος - όπως αναμενόταν. Εάν θεωρήσουμε την καμπύλη που λαμβάνεται για το δείγμα των 10 mg ως σημείο αναφοράς, παρατηρούνται υψηλές τιμές ομοιότητας μεταξύ αυτής της καμπύλης και των καμπυλών για 1, 5, 15 και 20 mg (βλέπε πίνακα στο σχήμα 2). Για την ταυτοποίηση, οι καμπύλες που λαμβάνονται για τα δείγματα των 5, 10 και 15 mg είναι σχεδόν πανομοιότυπες, καθώς η ομοιότητά τους είναι μεγαλύτερη από 99%. Οι καμπύλες για τα δείγματα 1 mg και 20 mg με τιμές ομοιότητας υψηλότερες από 92% θα αναγνωρίζονταν πιθανότατα επίσης σωστά.
Το Σχήμα 3 απεικονίζει την επίδραση των διαφορετικών ρυθμών θέρμανσης στην κορυφή τήξης του ίδιου δείγματος HDPE με μάζα 5,21 mg. Με την αύξηση των ρυθμών θέρμανσης από 10 K/min σε 300 K/min, η θερμοκρασία της κορυφής μετατοπίστηκε από 130,3°C σε 166,7°C και οι κορυφές διευρύνθηκαν και πάλι σημαντικά.
Ο πίνακας στο σχήμα 3 δείχνει τις τιμές ομοιότητας από την ταυτοποίηση μεταξύ της καμπύλης που λαμβάνεται στα 10 K/min (αναφορά) και όλων των άλλων συνόλων δεδομένων, αντίστοιχα. Η ομοιότητα μεταξύ των καμπυλών που μετρήθηκαν στα 10 K/min και στα 20 K/min έφτασε το 96,3%. Οι τιμές ομοιότητας μειώθηκαν κατά περίπου 10% για κάθε διπλασιασμό του ρυθμού θέρμανσης.
Συμπερασματικές παρατηρήσεις
- Αποδείχθηκε ότι το Identify μπορεί να ταιριάξει αξιόπιστα τις καμπύλες DSC για τα ίδια υλικά, αποδίδοντας υψηλές τιμές ομοιότητας ακόμη και σε συνθήκες μέτρησης δείγματος που ποικίλλουν ευρέως. Όταν χρησιμοποιούνται "τυπικές" παράμετροι search, μια διαφορά ενός παράγοντα 2 στη μάζα του δείγματος ή στο ρυθμό θέρμανσης εξακολουθεί να οδηγεί σε πολύ υψηλές τιμές ομοιότητας και, επομένως, πιθανώς σε σωστή ταυτοποίηση του δείγματος.
- selectΓια σκοπούς ποιοτικού ελέγχου, κατά τους οποίους είναι επιθυμητή η μεγαλύτερη διάκριση μεταξύ των δειγμάτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν "απαιτητικές" αντί για "τυποποιημένες" search παράμετροι προσδιορισμού για να διακριθούν μικρές διαφορές στις καμπύλες DSC, οι οποίες θα οδηγήσουν σε large διακυμάνσεις στις τιμές ομοιότητας.
- Οι καμπύλες DSC που έχουν μετρηθεί υπό διαφορετικές συνθήκες μέτρησης θα μπορούσαν όλες να προστεθούν στο χρήστη libraries του Identify και κατά συνέπεια θα αναγνωρίζονται στο μέλλον. Το Identify επιτρέπει επίσης την ομαδοποίηση καμπυλών DSC που έχουν μετρηθεί με διαφορετικές μάζες δειγμάτων ή ρυθμούς θέρμανσης σε μια κατηγορία (π.χ. την κατηγορία υλικού "HDPE"). Αυτή η λειτουργία ενισχύει επίσης τη δυνατότητα σωστής αναγνώρισης του δείγματος ανεξάρτητα από τις συνθήκες μέτρησης.