Inleiding
Voor routinetoepassingen bij de inspectie van inkomende goederen of kwaliteitsborging ligt de nadruk meer op het bepalen van karakteristieke waarden dan op materiaalidentificatie. Daarom worden bekende materialen altijd geëvalueerd met dezelfde routines om ze te vergelijken met referentiematerialen en om kwaliteitsnormen te evalueren. Hierdoor kunnen materiaalbatches die niet aan de eisen voldoen tijdig worden geïdentificeerd en uitgesorteerd.
Met de introductie van Identify, de thermoanalytische NETZSCH Proteus® database, kunnen onbekende monsters snel en betrouwbaar worden herkend en geïdentificeerd [1]. Natuurlijk kan deze database ook bekende monsters beoordelen in termen van hoe vergelijkbaar hun thermische gedrag is met dat van bewaarde monsters of referentiestoffen. Deze gelijkenisvergelijking houdt rekening met een verscheidenheid aan effecten - meestal automatisch geëvalueerd - en beoordeelt ook het te onderzoeken monster met betrekking tot de vraag of alle effecten die typisch zijn voor dit materiaal echt zijn gedetecteerd. Deze aanpak is vooral voordelig voor de identificatie van mengsels en mengverhoudingen [2].
Een andere mogelijkheid voor het evalueren van monsters wordt geboden door de NETZSCH Proteus® evaluatiesoftware met het creëren van nieuwe meetmethoden. In deze toepassingsnotitie wordt beschreven hoe meetmethoden - samen met de genoemde kwaliteitscriteria - worden geprogrammeerd en hoe ze kunnen worden gebruikt voor evaluatiedoeleinden.
Programmeren van een meetmethode
Meetmethoden dienen als sjabloon voor routinetaken waarbij identieke meetomstandigheden en een identiek meetprogramma gebruikt moeten worden voor een verscheidenheid aan monsters die onderzocht moeten worden. Voor het programmeren van meetmethoden zijn er verschillende mogelijkheden.
A) Net als bij een individuele meting worden alle meetparameters geprogrammeerd in de meetsoftware, maar dan als methoden in plaats van als meetbestanden. Deze methoden kunnen op elk moment opnieuw worden gebruikt als sjabloon voor dit soort metingen. Bovendien kan men de methode openen, wijzigen en opnieuw opslaan onder een andere naam.
B) De meetmethode wordt niet aangemaakt in het meetprogramma, maar in het evaluatieprogramma van de NETZSCH Proteus® software. Een bestaande meting dient hier als sjabloon voor de methode. De afzonderlijke bewerkingsstappen die met de bestaande meting in de evaluatiesoftware zijn uitgevoerd - zoals de selectie van afzonderlijke segmenten, het afvlakken van de meetgegevens, de selectie van het afgebeelde meetbereik, de evaluatie van resultaten zoals piekoppervlak of de bepaling van de glastemperatuur - worden zo in de methode overgenomen. Als een andere monstermeting wordt uitgevoerd op basis van deze methode, worden alle evaluatiestappen automatisch uitgevoerd nadat de meting is voltooid.
C) Zoals beschreven onder B), wordt een methode gecreëerd met behulp van een reeds bestaande meting inclusief de evaluatiestappen. Daarnaast worden kwaliteitscriteria bepaald die ook de steekproefresultaten evalueren die na de meting en evaluatie zijn verkregen. Op deze manier kan worden gegarandeerd dat alle metingen kunnen worden uitgevoerd met het identieke meetprogramma en onder identieke meetomstandigheden, dat identieke evaluatiestappen worden toegepast op alle meetgegevens, dat alle meetresultaten zijn gebaseerd op de identieke evaluatiebereiken (posities van de cursors) en dat de evaluaties van de resultaten zijn gebaseerd op identieke criteria en daarom ideaal geschikt zijn voor vergelijking.
Resultaten en discussie
Het smeltgedrag van verschillende polypropyleenmonsters werd geanalyseerd met behulp van de NETZSCH DSC 214 Polyma voor evaluatiedoeleinden. Er werd een vergelijkingsmonster geselecteerd dat als benchmark moest dienen voor alle volgende monsters. De granulaatlens van dit vergelijkingsmonster werd in de lengte doormidden gesneden en met het gladde snijvlak overgebracht in een NETZSCH Concavus® aluminiumkroes.
Het monster, met een gewicht van 5,319 mg, werd tweemaal verhit tot 200°C bij een verhittings- en afkoelsnelheid van 10 K/min. Het smeltgedrag van het tweede verwarmingssegment wordt getoond in figuur 1. De geëvalueerde smeltenthalpie van 98,2 J/g en de piektemperatuur van 164,2 °C vormen de referentiewaarden op basis waarvan de kwaliteitscriteria voor de volgende onderzoeken werden bepaald.
Figuur 2 laat zien hoe een meetmethode kan worden gecreëerd met de NETZSCH Proteus® evaluatiesoftware, waarbij de methode wordt gecreëerd op basis van de huidige evaluatiestatus. Daarnaast kunnen kwaliteitscriteria worden gedefinieerd voor de geëvalueerde resultaten. Als voorbeeld stellen we deze in op ± 2 K voor de piektemperatuur en ± 5% voor de smeltenthalpie. Figuur 3 toont de benodigde invoer in de software.
Met behulp van de aldus ontwikkelde meetmethode werden 10 andere polypropyleenmonsters onderzocht met de NETZSCH DSC 214 Polyma uitgerust met ASC monsternameschaal. Al tijdens de meting krijgt men een indicatie of de onderzochte monsters aan de gedefinieerde kwaliteitscriteria voldoen of niet. Het symbool in het logboek van de automatische monsterwisselaar (figuur 4) geeft aan dat aan de criteria wordt voldaan; het symbool daarentegen markeert monsters die voor minstens één criterium niet aan de gedefinieerde eisen voldoen.
De presentatie van de resultaten - automatisch geëvalueerd na elke meting - bevat geen speciale melding voor gevallen waarin aan alle kwaliteitscriteria is voldaan. Als een geëvalueerde waarde echter buiten de gedefinieerde bereiken valt, volgt er een uitroepteken achter het gepresenteerde resultaat. Het meetresultaat in figuur 5 voldoet dus aan het criterium van de piektemperatuur, maar niet aan dat van de smeltenthalpie.
Een samenvatting van de resultaten voor alle polypropyleenmonsters wordt weergegeven voor de smeltenthalpie in figuur 6 en voor de piektemperatuur in figuur 7.
Het punt van de kleurovergang van blauw naar rood geeft de ondergrens voor elk van de kwaliteitscriteria weer; de bovengrens werd in geen van de meetvoorbeelden overschreden. Het is snel te zien dat polypropyleenmonsters PP#5, PP#6 en PP#10 niet aan de kwaliteitscriteria voldoen vanwege te lage smeltenthalpie. Dit kan bijvoorbeeld worden veroorzaakt door verschillende hoeveelheden inerte vulstoffen die op hun beurt kunnen leiden tot veranderingen in de mechanische eigenschappen. De piektemperaturen daarentegen bleken voor alle monsters binnen de grenzen van de kwaliteitscriteria te liggen, behalve voor monster PP#8, dat een te lage waarde vertoont. De redenen hiervoor kunnen liggen in additieven en onzuiverheden zoals andere polyolefinen.
Samenvatting
De evaluatiesoftware NETZSCH Proteus® biedt een groot aantal mogelijkheden met betrekking tot geautomatiseerde monsteranalyse en geautomatiseerde evaluatie van meetresultaten.
Met de introductie van Identify, de eerste thermoanalytische database, is het nu voor het eerst mogelijk om meetresultaten uitgebreid te evalueren met betrekking tot de temperatuur en intensiteit van gedetecteerde signalen, en ook met betrekking tot het mogelijk ontbreken van signalen die anders karakteristiek zouden zijn voor het betreffende materiaal.
De mogelijkheden voor automatische evaluatie van de resultaten die in dit werk worden besproken, zijn daarentegen gebaseerd op individuele meetwaarden zoals piektemperatuur of smeltenthalpie. Deze gevallen illustreren deze aanpak natuurlijk alleen als voorbeeld. Het is ook heel goed mogelijk om andere meetwaarden, zoals de glasovergangstemperatuur van amorfe stoffen of het geëxtrapoleerde begin van een beginnende reactie, op een vergelijkbare manier te onderbouwen met behulp van kwaliteitscriteria. Deze kunnen natuurlijk ook worden toegepast op andere materialen zoals metalen, farmaceutica of voedingsmiddelen. Aangezien de kwaliteitscriteria vrij kunnen worden gekozen, kunnen de te onderzoeken materialen zeer selectief worden geëvalueerd - bijvoorbeeld met behulp van zeer restrictieve criteria. Dit werk toonde dus aan dat de NETZSCH Proteus® software niet alleen geautomatiseerde monstermetingen en -evaluaties mogelijk maakt, maar ook zeer geïndividualiseerde, monsterspecifieke aanpassingen aan de automatische beoordeling van resultaten.