TGA-BeFlat®
TGA-BeFlat® on matemaattinen menettely, jonka avulla TGA-mittauksesta voidaan poistaa fysikaalisten ilmiöiden vaikutus, joka vaikuttaa mitattuun TGA-arvoon. Nämä ilmiöt ovat: kellumisvaikutus ja pystysuorassa liikkuvan kaasun aiheuttama kitkavoima. Tämä voima on kaasun virtauksen ja lämpötilasta riippuvan kaasun viskositeetin funktio. TGA-BeFlat® -menetelmän soveltaminen tarkoittaa: Jos näyte mitataan virtaavassa kaasussa ilman erillistä perusmittausta, ohjelmisto laskee perusviivan ja vähentää sen näytemittauksesta. Tavallinen menettely näiden fysikaalisten ilmiöiden poistamiseksi on mitata perusviiva ja vähentää se näytemittauksesta.
Jos näyte kuitenkin mitataan kaasuvirtausolosuhteissa ilman erillistä perusviivan mittausta, ohjelmiston on laskettava perusviiva ja vähennettävä se näytemittauksesta. Kuva 1 osoittaa TGA-BeFlat®-ohjelman tehokkuuden. Mittaus suoritettiin STA 449 F5 Jupiter® -laitteella tyhjillä upokkailla (ilman näytettä ja vertailunäytettä) lämmitysnopeudella 10 K/min. Sininen käyrä on mitatut tiedot, joihin sisältyy edellä kuvattujen fysikaalisten vaikutusten vaikutus. Punainen käyrä vastaa BeFlat®-korjattuja tietoja, joissa perusviiva on laskettu ja vähennetty mittauskäyrästä. Ohjelmistoratkaisu TGA-BeFlat® sisältyy nyt kätevästi TG 209 F1 Libra® ja STA 449 F5 Jupiter® -laitteiden Proteus® -ohjelmistoon; se on saatavana myös muille laitteille.
DSC-BeFlat®
DSC-BeFlat® on matemaattinen menettely, jonka avulla DSC-mittauksesta voidaan poistaa fysikaalisten ilmiöiden osuus, mikä vaikuttaa mitattuun DSC-arvoon. Joitakin näistä ilmiöistä ovat: DSC-anturin epäsymmetria, anturin ja upokkaiden välinen erilainen lämpökosketus näytteen puolella ja vertailupuolella sekä erilaiset upokkaiden massat näytteen ja vertailun osalta. Sitä ei käytetä yhtä usein termogravimetriassa, mutta aivan kuten TGA:ssa, nämä fysikaaliset ilmiöt poistetaan yleensä mittaamalla perusviiva ja vähentämällä se näytemittauksesta. Näytemittaus ilman perusviivan mittausta edellyttää jälleen, että ohjelmisto laskee perusviivan ja vähentää sen näytemittauksesta. Standard BeFlat® ja Advanced BeFlat® -menetelmissä tehdään yleensä sama: lasketaan perusviiva ja vähennetään se. Näiden kahden menetelmän erona on tapa, jolla perusviiva lasketaan.
Standardi DSC BeFlat®
Matemaattinen lähestymistapa:
DSC-BeFlat® -ohjelmiston lisäosa lämpötilasta ja lämmitysnopeudesta riippuvien DSC-perusviivapoikkeamien korjaamiseen moniulotteisella polynomifunktiolla on suunniteltu auttamaan mahdollisimman suuren perusviivan vakauden saavuttamisessa mahdollisimman pienellä kaarevuudella laajalla lämpötila-alueella. Tiedetään, että DSC-mittaus riippuu lämpötilasta ja lämmitysnopeudesta. Yleisin riippuvuus voidaan esittää kahden muuttujan polynomina: lämpötila (T) ja lämmitysnopeus (HR).
Tuntemattomien kertoimienai,k löytämiseksi on suoritettava useita mittauksia eri lämmitysnopeuksilla samalla lämpötila-alueella, jonka leveyden on oltava vähintään useita satoja K:ta. Kuvasta 2 nähdään, että perusviiva riippuu lämmitysnopeudesta kussakin lämpötilassa.
Yhtälö (1) luo kaksiulotteisen pinnan lämpötilan ja lämmitysnopeuden funktiona. Tämä pinta on merkitty sinisellä kuvassa 3. Tämä toiminto on käytössä vain mitattujen lämpötilojen ja lämmitysnopeuksien alueella: tässä lämpötilat ovat 0-300 °C ja lämmitysnopeudet 2-20 K/min.
Laitteesta riippuen Standard BeFlat® voi vaatia joko useita lämmityssegmenttejä yhdessä mittauksessa (DSC) tai useita itsenäisiä mittauksia, kuten STA:n tapauksessa.
Edistynyt BeFlat®
Fyysinen lähestymistapa:
Lämpövirran fysikaalinen malli kuvataan matemaattisesti järjestelmälle, joka sisältää uunin, kahdessa asennossa olevan anturin ja kaksi upokasta. Anturin sisällä olevan lämpövastuksen ja upokkaan ja anturin välisten lämpövastusten arvot ovat tuntemattomia. Näyte- ja vertailuupokkaan välisen massaeron osuus on verrannollinen lämmitysnopeuteen, mutta myös suhteellisuuskerroin on tuntematon. Näiden lämpötilasta riippuvien tuntemattomien parametrien määrittämiseksi on suoritettava kaksi kalibrointimittausta: ensimmäinen lämmitys, jossa vertailupuolella on vain yksi tyhjä upokas (eikä näytteen puolella ole yhtään upokasta), ja toinen mittaus, jossa on kaksi tyhjää upokasta.
Näistä kahdesta mittauksesta löydetään kaikki tuntemattomat parametrit lämpötilan funktiona. Kuvassa 4 on esimerkki Advanced DSC-BeFlat® -ohjelmasta lämmitysjaksolle (kaksi tyhjää upokasta, ei näytettä); vihreä käyrä on mitattu data. Punainen käyrä on BeFlat®-korjattu data, jossa perusviiva on laskettu ja vähennetty.
Päätelmä
BeFlat® ja Advanced DSC-BeFlat® ohjelmisto-ominaisuudet on integroitu Proteus® -ohjelmistoon versioista 7.0 ja 7.1 alkaen. Molemmat mahdollistavat tehokkaat ja tarkat mittaukset ilman ylimääräisiä perusmittauksia.