Inleiding
Het DSC-curveherkennings- en databasesysteem Identify is een nieuw en krachtig softwareprogramma voor de identificatie van onbekende monsters en voor kwaliteitscontrole. Een algemeen probleem bij DSC is de afhankelijkheid van de DSC-curve van de massa van het monster en de toegepaste verwarmingssnelheid. Hogere waarden van de monstermassa en ook van de verwarmingssnelheid hebben beide de neiging om calorische effecten zoals glasovergangen of smeltpieken naar hogere temperaturen te verschuiven. Het doel van deze studie was om te bepalen hoe Identify zoekresultaten worden beïnvloed door dergelijke temperatuurverschuivingen.
Typisch voorbeeld
Figuur 1 illustreert Identify resultaten voor een 17,83 mg PET monster gemeten bij een verwarmingssnelheid van 20 K/min (2e verhitting na afkoeling bij 10 K/min). De DSC-curve werd correct geïdentificeerd als die van PET, ook al werd de databasecurve gemeten bij een andere verwarmingssnelheid (10 K/min) op een andere massa PET-monster (12,16 mg). Uiteraard hadden de verschuivingen in de glasovergangs- en smeltpiektemperaturen als gevolg van de verschillende meetomstandigheden slechts een kleine invloed op het zoekresultaat: de overeenkomst tussen beide curven is 96,5%, een bijna perfecte match!
Systematisch onderzoek
De invloed van de meetomstandigheden 'monstermassa' en 'verwarmingssnelheid' op de DSC-curve en dus op het resultaat Identify werd systematisch bestudeerd voor HDPE. Vijf verschillende HDPE-monsters met een massa van 1, 5, 10, 15 en 20 mg werden verwarmd van kamertemperatuur tot 200 °C met een snelheid van 10 K/min gedurende twee verwarmingscycli.
Figuur 2 laat zien hoe de smeltpieken van de tweede verwarmingskrommen verschoven naar hogere temperaturen en breder werden naarmate de massa van het monster toenam - zoals verwacht. Als we de kromme verkregen voor het 10-mg monster als referentie beschouwen, kunnen hoge waarden van overeenkomst tussen deze kromme en de krommen voor 1, 5, 15 en 20 mg worden waargenomen (zie tabel in figuur 2). Voor Identify zijn de krommen die zijn verkregen voor de 5-, 10- en 15-mg monsters vrijwel identiek, aangezien hun overeenkomst hoger is dan 99%. De curven voor de 1-mg en 20-mg monsters met similariteitswaarden hoger dan 92% worden hoogstwaarschijnlijk ook correct herkend.
Figuur 3 toont de invloed van verschillende verwarmingssnelheden op de smeltpiek van hetzelfde HDPE-monster met een massa van 5,21 mg. Met verhittingssnelheden die toenemen van 10 K/min tot 300 K/min verschuift de piektemperatuur van 130,3 °C naar 166,7 °C en worden de pieken weer aanzienlijk breder.
De tabel in figuur 3 toont de similariteitswaarden van Identify tussen de kromme verkregen bij 10 K/min (referentie) en alle andere datasets. De overeenkomst tussen de krommen gemeten bij 10 K/min en 20 K/min was maar liefst 96,3%. De gelijkeniswaarden namen met ongeveer 10% af voor elke verdubbeling van de verwarmingssnelheid.
Slotopmerkingen
- Er werd aangetoond dat Identify betrouwbaar DSC-curves voor dezelfde materialen kan matchen, waarbij hoge similariteitswaarden worden verkregen, zelfs onder sterk variërende meetomstandigheden van het monster. Bij gebruik van "standaard" zoekparameters resulteert een verschil van een factor 2 in de monstermassa of verwarmingssnelheid nog steeds in zeer hoge similariteitswaarden, en daarom waarschijnlijk in een correcte identificatie van het monster.
- Voor kwaliteitscontroledoeleinden, waarbij meer onderscheid tussen monsters gewenst is, kunnen "veeleisende" in plaats van "standaard" zoekparameters van Identify worden geselecteerd om kleine verschillen in de DSC-curves te onderscheiden, die zullen leiden tot large variaties in de similariteitswaarden.
- DSC-curves gemeten onder verschillende meetomstandigheden kunnen allemaal worden toegevoegd aan de gebruikersbibliotheken van Identify en zullen dan in de toekomst worden herkend. Identify maakt het ook mogelijk DSC-curves gemeten met verschillende monstermassa's of verwarmingssnelheden te groeperen in een klasse (bijvoorbeeld de materiaalklasse 'HDPE'). Deze functie vergroot ook de mogelijkheid voor correcte monsteridentificatie, onafhankelijk van de meetomstandigheden.