Εισαγωγή
Οι διαμορφωμένες μετρήσεις DSC χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό των επικαλυπτόμενων φαινομένων. Το δείγμα υποβάλλεται όχι μόνο σε γραμμικό ρυθμό θέρμανσης, αλλά και σε ημιτονοειδείς μεταβολές της θερμοκρασίας. Η μέθοδος αυτή οδηγεί στο διαχωρισμό του λεγόμενου αντιστρεπτικού και μη αντιστρεπτικού μέρους της ροής θερμότητας. Τα αντιστρεπτικά φαινόμενα είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και ταλαντώνονται με τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Οι μη αντιστρεπτικές διεργασίες είναι συνάρτηση του χρόνου και υπολογίζονται ως η διαφορά μεταξύ της συνολικής ροής θερμότητας και της αντιστρεπτικής ροής θερμότητας.
Μια διαμορφωμένη μέτρηση περιέχει τρεις παραμέτρους που πρέπει να επιλέξει ο χρήστης:
- Ο υποκείμενος ρυθμός θέρμανσης (σε K/min)
- Το πλάτος (σε Κ)
- Η περίοδος ταλάντωσης (σε s)
Ένας κατάλληλος ρυθμός θέρμανσης και μια επαρκής συχνότητα είναι απαραίτητα για να εξασφαλιστεί ότι τα φαινόμενα που πρόκειται να διαχωριστούν περιέχουν αρκετές ταλαντώσεις για βελτιωμένο διαχωρισμό των φαινομένων. Αυτή είναι μια απαιτούμενη προϋπόθεση για την επίτευξη καλού διαχωρισμού των αντιστρεπτικών και μη αντιστρεπτικών διεργασιών. Επειδή είναι δύσκολο για ένα DSC ροής θερμότητας να ακολουθήσει γρήγορους ρυθμούς θέρμανσης μαζί με σύντομες ταλαντώσεις, οι διαμορφωμένες μετρήσεις πραγματοποιούνται συνήθως με ρυθμούς θέρμανσης μικρότερους ή ίσους με 5 K/min.
Διαμόρφωση θερμοκρασίας με υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης
Χάρη στη χαμηλή θερμική μάζα του κλιβάνου P-Module, η ροή θερμότητας DSC 300 Caliris® μπορεί να διαμορφωθεί με ρυθμούς θέρμανσης 10 K/min σε συνδυασμό με μικρές περιόδους και υψηλά πλάτη για αποτελέσματα που επιτυγχάνονται γρήγορα και με ακρίβεια.
Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μέτρηση DSC με διαμορφωμένη θερμοκρασία σε δείγμα πολυστυρενίου. Ο πίνακας 1 συνοψίζει τις συνθήκες δοκιμής.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Συσκευή | DSC 300 Caliris® µε µονάδα P |
|---|---|
| Χωνευτήρι | Concavus® (αλουμίνιο, κλειστό με διάτρητο καπάκι) |
| Μάζα δείγματος | 5.25 mg |
| Εύρος θερµοκρασίας | -20°C ro 150°C |
| Ρυθμός θέρμανσης | 10 K/min |
| Περίοδος | 20 s |
| Πλάτος | 1 K |
Αποτελέσματα μέτρησης
Η συνολική μετρούμενη ροή θερμότητας (η οποία συμμορφώνεται με μια συμβατική καμπύλη DSC) εμφανίζεται στο σχήμα 1. Το ενδόθερμο βήμα που ανιχνεύεται στους 84,5°C (μέσο σημείο) οφείλεται στην υαλώδη μετάβαση του πολυστυρενίου. Επικαλύπτεται από μια κορυφή χαλάρωσης στους 89,7°C που προκύπτει από την απελευθέρωση των μηχανικών τάσεων στο εσωτερικό του δείγματος. Οι δύο επιδράσεις μπορούν να αξιολογηθούν μόνο αν διαχωριστούν. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με διαμόρφωση της θερμοκρασίας.
Το σχήμα 2 δείχνει ότι η θερμοκρασία ελέγχεται τέλεια κατά τη διάρκεια της διαμορφωμένης μέτρησης: Ο υποκείμενος ρυθμός θέρμανσης 10 K/min και το πλάτος 1 K διατηρούνται και οι δύο χωρίς καμία δυσκολία.
Ο διαχωρισμός της συνολικής ροής θερμότητας σε αντιστρεπτά και μη αντιστρεπτά σήματα φαίνεται στο σχήμα 3. Η υαλώδης μετάβαση εμφανίζεται στο αντιστρεπτό μέρος της ροής θερμότητας, ενώ η μη αντιστρεπτή κορυφή χαλάρωσης είναι ένα τυπικό μη αντιστρεπτό φαινόμενο. Και τα δύο φαινόμενα μπορούν τώρα να αξιολογηθούν σωστά: Η υαλώδης μετάβαση ανιχνεύθηκε στους 89,1°C (μέσο σημείο) και η κορυφή χαλάρωσης στους 88,6°C (θερμοκρασία αιχμής) με ενθαλπία 2,3 J/g.
Συμπέρασμα
Χάρη στη διαμόρφωση σε υψηλότερους ρυθμούς θέρμανσης από ό,τι συνήθως, η υαλώδης μετάβαση του πολυστυρενίου μπορεί να αξιολογηθεί γρήγορα και με ακρίβεια. Το DSC 300 Caliris® με P-Module συνδυάζει την ευρωστία ενός DSC ροής θερμότητας και τα πλεονεκτήματα ενός γρήγορου, καλά ελεγχόμενου κλιβάνου, επιτρέποντας ακόμη και μετρήσεις DSC με διαμόρφωση θερμοκρασίας σε υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης.