TGA-BeFlat®
TGA-BeFlat® is een wiskundige procedure waarmee de bijdrage van fysische verschijnselen, die de gemeten TGA-waarde beïnvloeden, uit de TGA-meting kan worden verwijderd. Deze verschijnselen zijn: opwaartse kracht en wrijvingskracht van het verticaal bewegende gas. Deze kracht is een functie van de gasstroom en de temperatuurafhankelijke gasviscositeit. Toepassing van TGA-BeFlat® betekent: Als een monster wordt gemeten in stromend gas zonder een aparte basislijnmeting, berekent de software de basislijn en trekt deze af van de monstermeting. De gebruikelijke procedure voor het verwijderen van deze fysische verschijnselen is het meten van een basislijn en deze af te trekken van de monstermeting.
Als een monster echter moet worden gemeten onder gasstroomomstandigheden zonder een aparte nulmeting, moet de software de basislijn berekenen en deze aftrekken van de monstermeting. Figuur 1 toont de effectiviteit van TGA-BeFlat®. De meting werd uitgevoerd met de STA 449 F5 Jupiter® met lege kroezen (zonder monster en referentiemonster) bij een verwarmingssnelheid van 10 K/min. De blauwe curve is de gemeten data inclusief de invloed van de hierboven beschreven fysische effecten. De rode curve komt overeen met de BeFlat® gecorrigeerde gegevens, waarbij de basislijn wordt berekend en afgetrokken van de meetcurve. Voor het gemak is de softwareoplossing TGA-BeFlat® nu opgenomen in de Proteus® software van de TG 209 F1 Libra® en STA 449 F5 Jupiter® instrumenten; optioneel ook beschikbaar voor andere instrumenten.
DSC-BeFlat®
DSC-BeFlat® is een wiskundige procedure waarmee de bijdrage van fysische verschijnselen, die de gemeten DSC-waarde beïnvloeden, uit een DSC-meting kan worden verwijderd. Enkele van deze fenomenen zijn: niet-symmetrie van de DSC-sensor, verschillende niveaus van thermisch contact tussen de sensor en de filterkroezen voor de monsterzijde en de referentiekant en verschillende kroesmassa's voor het monster en de referentie. Het wordt niet zo vaak gebruikt bij thermogravimetrie, maar net als bij TGA worden deze fysische fenomenen meestal verwijderd door de basislijn te meten en af te trekken van de monstermeting. Nogmaals, een monstermeting zonder nulmeting vereist dat de software een nulmeting berekent en deze aftrekt van de monstermeting. De twee methoden Standaard BeFlat® en Geavanceerd BeFlat® doen over het algemeen hetzelfde: de basislijn berekenen en aftrekken. Het verschil tussen deze twee methoden is de manier waarop de basislijn wordt berekend.
Standaard DSC BeFlat®
Wiskundige aanpak:
De DSC-BeFlat® software add-on voor de Rabinowitsch CorrectieDe Rabinowitsch (of Weissenberg-Rabinowitsch) correctie wordt toegepast om nauwkeurigere waarden voor schuifsnelheden te krijgen van niet-Newtonse materialen, gemeten met een capillaire stromingstechniek.correctie van temperatuur- en verhittingssnelheidsafhankelijke DSC basislijnafwijkingen over een multidimensionale polynoomfunctie is ontworpen om de hoogst mogelijke basislijnstabiliteit te bereiken met minimale kromming over een breed temperatuurbereik. Het is bekend dat een DSC-meting afhankelijk is van de temperatuur en de verwarmingssnelheid. De meest voorkomende afhankelijkheid kan worden voorgesteld als de polynoom van twee variabelen: temperatuur (T) en verwarmingssnelheid (HR).
Om de onbekende coëfficiëntenai,k te vinden, moeten meerdere metingen worden uitgevoerd bij verschillende verwarmingssnelheden voor hetzelfde temperatuurbereik, dat ten minste enkele honderden K breed moet zijn. Figuur 2 laat zien dat de basislijn voor elke temperatuur afhangt van de verwarmingssnelheid.
Vergelijking (1) creëert een tweedimensionaal oppervlak als functie van de temperatuur en de verwarmingssnelheid. Dit oppervlak is blauw gemarkeerd in fig. 3. Deze functie is alleen ingeschakeld in het bereik van de gemeten temperaturen en verwarmingssnelheden: hier temperaturen van 0 tot 300 °C en verwarmingssnelheden van 2 tot 20 K/min.
Afhankelijk van het instrument kan Standaard BeFlat® meerdere verwarmingssegmenten in één meting vereisen (DSC) of meerdere onafhankelijke metingen, zoals in het geval van STA.
Geavanceerd BeFlat®
Fysieke benadering:
Het fysische model voor de warmtestroom wordt wiskundig beschreven voor het systeem met oven, sensor met twee posities en twee kroezen. De waarden van de thermische weerstand in de sensor en de thermische weerstand tussen de filterkroes en de sensor zijn onbekend. De bijdrage van het massaverschil tussen de proefkroes en de referentiekroes is evenredig met de verwarmingssnelheid, maar de evenredigheidscoëfficiënt is ook onbekend. Om deze temperatuurafhankelijke onbekende parameters te vinden, moeten twee kalibratiemetingen worden uitgevoerd: een eerste meting met slechts één lege filterkroes aan de referentiezijde (en geen filterkroes aan de monsterzijde) en een tweede meting met twee lege filterkroezen.
Uit deze twee metingen worden alle onbekende parameters gevonden als functie van de temperatuur. Figuur 4 geeft een voorbeeld van Advanced DSC-BeFlat® voor een verwarmingssegment (twee lege kroezen, geen monster); de groene curve is de gemeten data. De rode curve is de BeFlat® gecorrigeerde data waarbij de basislijn is berekend en afgetrokken.
Conclusie
De softwarefuncties BeFlat® en Advanced DSC-BeFlat® softwarefuncties zijn vanaf respectievelijk versie 7.0 en 7.1 geïntegreerd in de Proteus® software. Beide maken effectieve en nauwkeurige metingen mogelijk zonder dat extra basislijnmetingen nodig zijn.