Johdanto
Päällekkäisten vaikutusten erottamiseksi käytetään moduloituja DSC-mittauksia. Näytteeseen kohdistetaan lineaarisen lämmitysnopeuden lisäksi myös sinimuotoisia lämpötilavaihteluita. Tällä menetelmällä erotetaan toisistaan lämpövirran niin sanotut käänteiset ja ei-käänteiset osat. Käänteiset vaikutukset ovat lämpötilan funktio ja värähtelevät lämpötilavaihteluiden mukana. Ei-käänteiset prosessit ovat ajan funktio, ja ne lasketaan kokonaislämpövirran ja käänteisen lämpövirran erotuksena.
Moduloitu mittaus sisältää kolme käyttäjän valitsemaa parametria:
- Peruslämmitysnopeus (K/min)
- Amplitudi (K:na)
- Värähtelyjakso (s).
Sopiva lämmitysnopeus ja riittävä taajuus ovat välttämättömiä sen varmistamiseksi, että erotettavat vaikutukset sisältävät riittävästi värähtelyjä vaikutusten paremman erottelun mahdollistamiseksi. Tämä on edellytys sille, että käänteiset ja ei-käänteiset prosessit voidaan erottaa hyvin toisistaan. Koska lämpövirtaus-DSC:n on vaikea seurata nopeita lämmitysnopeuksia ja lyhyitä värähtelyjä, moduloidut mittaukset tehdään yleensä lämmitysnopeuksilla, jotka ovat enintään 5 K/min.
Lämpötilan modulointi suurilla lämmitysnopeuksilla
P-moduuliuunin pienen lämpömassan ansiosta DSC 300 Caliris® -lämpövirtausta voidaan moduloida lämmitysnopeudella 10 K/min sekä lyhyillä jaksoilla ja suurilla amplitudilla, jolloin tulokset saadaan nopeasti ja tarkasti.
Seuraavassa suoritetaan Lämpötilamoduloitu DSCLämpötilamoduloitua DSC:tä (TM-DSC) käytetään erottamaan useita lämpövaikutuksia, jotka esiintyvät samalla lämpötila-alueella ja ovat päällekkäisiä DSC-käyrässä.lämpötilamoduloitu DSC-mittaus polystyreeninäytteelle. Taulukossa 1 on yhteenveto testiolosuhteista.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Laite | DSC 300 Caliris® ja P-moduuli |
|---|---|
| Upokas | Concavus® (alumiinia, suljettu lävistetyllä kannella) |
| Näytteen massa | 5.25 mg |
| Lämpötila-alue | -20°C ro 150°C |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min |
| Jakso | 20 s |
| Amplitudi | 1 K |
Mittaustulokset
Mitattu kokonaislämpövirta (joka vastaa tavanomaista DSC-käyrää) esitetään kuvassa 1. EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.Endoterminen vaihe, joka havaitaan 84,5 °C:ssa (keskikohta), johtuu polystyreenin lasittumisesta. Se on päällekkäinen 89,7 °C:n relaksaatiohuipun kanssa, joka johtuu näytteen mekaanisten jännitysten vapautumisesta. Näitä kahta vaikutusta voidaan arvioida vain, jos ne erotetaan toisistaan. Tämä voidaan saavuttaa lämpötilamodulaation avulla.
Kuvasta 2 käy ilmi, että lämpötila on täydellisesti hallinnassa moduloidun mittauksen aikana: Peruslämmitysnopeus 10 K/min ja amplitudi 1 K pysyvät molemmat vaikeuksitta.
Kokonaislämpövirran jakaminen kääntyviin ja ei-kääntyviin signaaleihin on esitetty kuvassa 3. Lasimuutos tapahtuu lämpövirran kääntyvässä osassa, kun taas palautumaton relaksaatiohuippu on tyypillinen ei-kääntyvä vaikutus. Molemmat vaikutukset voidaan nyt arvioida oikein: Lasisiirtymä havaittiin 89,1 °C:ssa (keskipiste) ja relaksaatiohuippu 88,6 °C:ssa (huippulämpötila) entalpian ollessa 2,3 J/g.
Päätelmä
Tavallista suuremmilla lämmitysnopeuksilla tapahtuvan modulaation ansiosta polystyreenin lasittuminen voidaan arvioida nopeasti ja tarkasti. DSC 300 Caliris® P-moduulilla varustetussa DSC-mallissa yhdistyvät lämpövirtaus-DSC:n kestävyys ja nopean, hyvin säädettävän uunin edut, jotka mahdollistavat jopa lämpötilamoduloidut DSC-mittaukset suurilla lämmitysnopeuksilla.