Johdanto
Identify DSC-käyrien tunnistus- ja tietokantajärjestelmä on uusi ja tehokas ohjelmistotyökalu tuntemattomien näytteiden tunnistamiseen ja laadunvalvontaan. Yksi DSC:n yleinen ongelma on DSC-käyrän riippuvuus näytteen massasta ja käytetystä lämmitysnopeudesta. Sekä näytteen massan että lämmitysnopeuden suuremmat arvot pyrkivät siirtämään kalorisia vaikutuksia, kuten lasisiirtymiä tai sulamispiikkejä, korkeampiin lämpötiloihin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten tällaiset lämpötilasiirtymät vaikuttavat Identify hakutuloksiin.
Tyypillinen esimerkki
Kuvassa 1 esitetään Identify tulokset 17,83 mg:n PET-näytteelle, joka on mitattu lämmitysnopeudella 20 K/min (toinen lämmitys jäähdytyksen jälkeen 10 K/min). DSC-käyrä tunnistettiin oikein PET:n käyräksi, vaikka tietokantakäyrä mitattiin eri lämmitysnopeudella (10 K/min) eri PET-näytemassalla (12,16 mg). On selvää, että eri mittausolosuhteista johtuvat siirtymät lasisiirtymä- ja sulamishuipun lämpötiloissa vaikuttivat vain vähän hakutulokseen: molempien käyrien samankaltaisuus on 96,5 %, mikä on lähes täydellinen vastaavuus!
Systemaattinen tutkimus
HDPE:n osalta tutkittiin järjestelmällisesti näytteen massan ja lämmitysnopeuden mittausolosuhteiden vaikutusta DSC-käyrään ja siten Identify tulokseen. Viisi erilaista HDPE-näytettä, joiden massat olivat 1, 5, 10, 15 ja 20 mg, lämmitettiin huoneenlämpötilasta 200 °C:een nopeudella 10 K/min kahden lämmityssyklin aikana.
Kuvasta 2 nähdään, kuinka toisen lämmityskäyrän sulamispiikit siirtyivät korkeampiin lämpötiloihin ja levenivät näytteen massan kasvaessa - kuten oli odotettavissa. Jos 10 mg:n näytteestä saatua käyrää pidetään vertailukohtana, voidaan havaita, että tämän käyrän ja 1, 5, 15 ja 20 mg:n näytteille saatujen käyrien välillä on suuri samankaltaisuus (ks. kuvan 2 taulukko). Osoitteessa Identify 5-, 10- ja 15 mg:n näytteistä saadut käyrät ovat lähes identtisiä, sillä niiden samankaltaisuus on yli 99 %. Todennäköisesti myös 1 mg:n ja 20 mg:n näytteiden käyrät, joiden samankaltaisuusarvot ovat yli 92 %, tunnistetaan oikein.
Kuvassa 3 esitetään eri lämmitysnopeuksien vaikutus saman HDPE-näytteen, jonka massa on 5,21 mg, sulamispiikkiin. Kun lämmitysnopeus kasvoi 10 K/min:stä 300 K/min:iin, huippulämpötila siirtyi 130,3 °C:sta 166,7 °C:een, ja piikit levenivät jälleen merkittävästi.
Kuvassa 3 olevassa taulukossa on esitetty Identify saatujen samankaltaisuusarvojen vertailuarvot 10 K/min:llä (referenssi) saadun käyrän ja kaikkien muiden datasarjojen välillä. Samankaltaisuus 10 K/min ja 20 K/min mitattujen käyrien välillä oli jopa 96,3 %. Samankaltaisuusarvot pienenivät noin 10 % jokaisella lämmitysnopeuden kaksinkertaistumisella.
Loppuhuomautukset
- Osoitettiin, että Identify voi luotettavasti verrata samojen materiaalien DSC-käyriä, jolloin saatiin suuria samankaltaisuusarvoja jopa suuresti vaihtelevissa näytteen mittausolosuhteissa. Kun käytetään "tavanomaisia" hakuparametreja, näytteen massan tai kuumenemisnopeuden 2-kertainen ero johtaa edelleen erittäin korkeisiin samankaltaisuusarvoihin ja siten todennäköisesti näytteen oikeaan tunnistamiseen.
- Laadunvalvontatarkoituksiin, joissa näytteiden erottelu halutaan tehdä paremmin, voidaan valita "vaativat" hakuparametrit Identify "vakio"-hakuparametrien sijasta, jotta DSC-käyrissä voidaan havaita vähäisiä eroja, jotka johtavat large samankaltaisuusarvojen vaihteluihin.
- Eri mittausolosuhteissa mitatut DSC-käyrät voidaan kaikki lisätä Identify:n käyttäjäkirjastoihin, jolloin ne tunnistetaan tulevaisuudessa. Identify mahdollistaa myös eri näytemassoilla tai lämmitysnopeuksilla mitattujen DSC-käyrien ryhmittelyn luokkaan (esim. materiaaliluokka "HDPE"). Tämä ominaisuus parantaa myös mahdollisuuksia tunnistaa näyte oikein mittausolosuhteista riippumatta.