Inleiding
Gemoduleerde DSC-metingen worden gebruikt om overlappende effecten te scheiden. Het monster wordt niet alleen onderworpen aan een lineaire verwarmingssnelheid, maar ook aan sinusvormige temperatuurvariaties. Deze methode leidt tot het scheiden van de zogenaamde omkerende en niet-omkerende delen van de warmtestroom. De omkeringseffecten zijn een functie van de temperatuur en oscilleren met temperatuurvariaties. De niet-omkerende processen zijn een functie van de tijd en worden berekend als het verschil tussen de totale warmtestroom en de omkerende warmtestroom.
Een gemoduleerde meting bevat drie parameters die door de gebruiker kunnen worden gekozen:
- De onderliggende verwarmingssnelheid (in K/min)
- De amplitude (in K)
- De oscillatieperiode (in s)
Een geschikte verwarmingssnelheid en voldoende frequentie zijn nodig om ervoor te zorgen dat de te scheiden effecten voldoende oscillaties bevatten voor een betere scheiding van de effecten. Dit is een vereiste voor het bereiken van een goede scheiding van de omkerende en niet-omkerende processen. Omdat het voor een heat-flow DSC moeilijk is om snelle verwarmingssnelheden samen met korte oscillaties te volgen, worden gemoduleerde metingen meestal uitgevoerd bij verwarmingssnelheden van minder dan of gelijk aan 5 K/min.
Temperatuurmodulatie met hoge verwarmingssnelheden
Dankzij de lage thermische massa van de P-Module oven kan de warmtestroom DSC 300 Caliris® gemoduleerd worden met verwarmingssnelheden van 10 K/min in combinatie met korte perioden en hoge amplitudes voor resultaten die zowel snel bereikt als nauwkeurig zijn.
Hieronder wordt een Temperatuurgemoduleerde DSCTemperatuurgemoduleerde DSC (TM-DSC) wordt gebruikt om meerdere thermische effecten te scheiden die in hetzelfde temperatuurbereik voorkomen en elkaar overlappen in de DSC-curve.temperatuurgemoduleerde DSC-meting uitgevoerd op een polystyreenmonster. Tabel 1 geeft een overzicht van de testcondities.
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Apparaat | DSC 300 Caliris® met P-module |
|---|---|
| Kroes | Concavus® (aluminium, gesloten met doorboord deksel) |
| Monstermassa | 5.25 mg |
| Temperatuurbereik | -20 °C tot 150 °C |
| Verwarmingssnelheid | 10 K/min |
| Periode | 20 s |
| Amplitude | 1 K |
Meetresultaten
De totale gemeten warmtestroom (die overeenkomt met een conventionele DSC-curve) wordt weergegeven in figuur 1. De endotherme stap gedetecteerd bij 84,5°C (middelpunt) is te wijten aan de glasovergang van polystyreen. Deze wordt overlapt met een relaxatiepiek bij 89,7 °C die ontstaat door het vrijkomen van mechanische spanningen in het monster. De twee effecten kunnen alleen geëvalueerd worden als ze gescheiden worden. Dit kan worden bereikt met temperatuurmodulatie.
Figuur 2 laat zien dat de temperatuur perfect onder controle is tijdens de gemoduleerde meting: De onderliggende verwarmingssnelheid van 10 K/min en de amplitude van 1 K worden beide zonder problemen gehandhaafd.
De scheiding van de totale warmtestroom in omkerende en niet-omkerende signalen wordt getoond in figuur 3. De glasovergang treedt op in het omkeerbare deel van de warmtestroom, terwijl de onomkeerbare relaxatiepiek een typisch niet-omkeerbaar effect is. Beide effecten kunnen nu correct worden geëvalueerd: De glasovergang werd gedetecteerd bij 89,1°C (middelpunt) en de relaxatiepiek bij 88,6°C (piektemperatuur) met een enthalpie van 2,3 J/g.
Conclusie
Dankzij modulatie bij hogere verwarmingssnelheden dan gebruikelijk kan de glasovergang van polystyreen snel en nauwkeurig geëvalueerd worden. De DSC 300 Caliris® met P-module combineert de robuustheid van een warmtestroom-DSC met de voordelen van een snelle, goed gecontroleerde oven, waardoor zelfs Temperatuurgemoduleerde DSCTemperatuurgemoduleerde DSC (TM-DSC) wordt gebruikt om meerdere thermische effecten te scheiden die in hetzelfde temperatuurbereik voorkomen en elkaar overlappen in de DSC-curve.temperatuurgemoduleerde DSC-metingen bij hoge verwarmingssnelheden mogelijk zijn.