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BeFlat® - それは何か?

TGABeFlat

TGA-BeFlat® は、TGA測定から物理現象の寄与を除去し、TGA測定値に影響を与えることを可能にする数学的手順である。これらの現象とは、浮力効果と垂直方向に移動するガスからの摩擦力である。この力はガス流と温度に依存するガス粘度の関数である。TGA-BeFlat® :別途ベースライン測定を行わずに試料を流動ガス中で測定する場合、ソフトウェアはベースラインを計算し、試料の測定値から差し引きます。このような物理現象を除去するための通常の手順は、ベースラインを測定し、それを試料の測定値から差し引くことです。

しかし、ベースライン測定を行わずにガスフロー条件下で試料を測定する場合は、ソフトウェアがベースラインを計算し、試料測定から差し引く必要があります。図1は、TGA-BeFlat® の有効性を示しています。この測定は STA 449 F5 Jupiter®を使用し、空の容器 (試料および参照試料なし) を使用して、加熱速度 10 K/min で測定しました。青色の曲線は、上述の物理的効果の影響を含む測定データです。赤い曲線は、BeFlat®-補正されたデータに対応し、ベースラインが計算され、測定曲線から差し引かれます。Proteus® 便宜上、ソフトウェアソリューションTGA-BeFlat® がTG 209F1 Libra® および STA 449 F5 Jupiter®オプションで他の装置にも使用できます。

熱重量分析グラフは、温度による重量変化をミリグラム単位で表示し、850℃での値を強調している。
1) 加熱セグメント (STA 449F5, 10 K/min) の TGA-BeFlat® の例

DSC-BeFlat®

DSC-BeFlat® は、DSC測定から物理現象の寄与を除去することを可能にする数学的手順であり、その結果、測定されたDSC値に影響を与えます。これらの現象には、DSCセンサーの非対称性、試料側と参照側でセンサーとるつぼの熱接触レベルが異なること、試料と参照でるつぼの質量が異なることなどがあります。熱重量測定ではあまり使用されませんが、TGAと同様に、これらの物理現象は通常、ベースラインの測定と試料測定からの減算によって除去されます。この場合も、ベースライン測定なしの試料測定では、ソフトウェアがベースラインを計算し、試料測定値から差し引く必要があります。スタンダード(Standard)BeFlat® とアドバンスド(Advanced)BeFlat® の2つの方法は一般的に同じです:ベースラインを計算し、それを差し引く。これら2つの方法の違いは、ベースラインの計算方法です。

スタンダードDSCBeFlat

数学的アプローチ

DSC-BeFlat® 多次元多項式関数による温度および加熱速度に依存するDSCベースラインの偏差を補正するためのソフトウェアアドオンは、広い温度範囲にわたって最小限の湾曲で可能な限り高いベースラインの安定性を達成するのに役立つように設計されています。DSC測定は、温度と加熱速度に依存することが知られています。最も一般的な依存性は、温度(T)と加熱速度(HR)という2つの変数の多項式として示すことができます。

データ解析におけるベースライン計算のための数式で、指標となる変数TとHRの合計を強調表示。

未知の係数ai,kを求めるためには、少なくとも数百Kの幅を持つ同じ温度範囲について、異なる加熱速度で数回の測定を行う必要がある。図2は、ベースラインが各温度の加熱速度に依存することを示している。

示差走査熱量測定(DSC)における加熱速度の温度依存性を示すグラフで、様々な加熱速度の曲線が色分けされている。
2) 加熱速度の温度依存性
温度(T)と加熱速度(HR)の関係を示す3D関数グラフ(ベースライン値分析に使用)。
3) 青面は2次元関数(1)であり、対象となる温度と加熱速度の範囲内で、各温度と加熱速度についてベースライン値を求めることができる。

式(1)は、温度と加熱速度の関数として2次元の表面を作成する。このサーフェスは、図3では青で示されている。この機能は、測定された温度と加熱速度の範囲内(ここでは、温度0~300℃、加熱速度2~20K/min)でのみ有効です。

装置によっては、標準BeFlat® 、1回の測定で複数の加熱セグメントが必要な場合(DSC)と、STAのように複数の独立した測定が必要な場合がある。

PEEK 1、PEEK 2、PEEK 3に注目し、周波数の違いによるPEEK材料の複素粘度を比較したグラフ。
4) 加熱セグメント(DSC 214、10 K/min、空の測定)に対するアドバンスドDSC-BeFlat® の例。緑:補正前の測定データ、赤:アドバンス適用後。BeFlat®
アドバンスドBeFlat®

物理的アプローチ:

加熱炉、2 つの位置を持つセンサー、および 2 つの容器からなる系について、熱流の物理モデルを数学的に記述する。センサー内部の熱抵抗および容器とセンサー間の熱抵抗の値は未知である。試料るつぼと基準るつぼの質量差の寄与は加熱速度に比例するが、比例係数も未知である。これらの温度依存性未知パラメータを求めるには、2回の校正測定を実施する必要があります。1回目は、基準側に空のるつぼを1つだけ置いて(試料側にはるつぼを置かずに)加熱し、2回目は空のるつぼを2つ置いて測定します。

これら 2 つの測定から、すべての未知のパラメーターが温度の関数として求められます。図 4 は、加熱セグメント(空のるつぼ 2 つ、試料なし)の AdvancedDSC-BeFlat® の例を示しています。緑色の曲線は測定データです。赤い曲線は、ベースラインが計算され、差し引かれたBeFlat® 補正データです。

結論

BeFlat® および Advanced DSC-BeFlat®ソフトウェア機能は、それぞれバージョン7.0および7.1からProteus® ソフトウェアに統合された。どちらも、ベースライン測定を追加することなく、効果的で正確な測定を可能にします。

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