Wprowadzenie
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) jest szeroko stosowaną metodą określania zachowania termicznego polimerów. Za pomocą temperatury topnienia charakterystycznej dla każdego polimeru można również zebrać informacje na temat składu nieznanych próbek. Wraz z książkami referencyjnymi, obecnie dostępna jest również baza danych oparta na oprogramowaniu do analizy termicznej, która porównuje wyniki pomiarów z danymi library i pozwala na klasyfikację wyników na podstawie podobieństw [1]. W ten sposób można uzyskać cenne sugestie dotyczące identyfikacji nieznanych próbek, nawet przy niewielkim własnym doświadczeniu [2].
W niniejszej pracy baza danych Identify została wykorzystana do rozpoznania różnych rodzajów polietylenu i wykluczenia innych substancji na podstawie porównania podobieństw.
Materiały i metody
Pięć rodzajów polietylenu - PE-LD (niska gęstość), PE-LLD (liniowa niska gęstość), PE-MD (medium gęstość), PE-HD (wysoka gęstość) i PE-UHMW (ultra-wysoka masa cząsteczkowa) - było dostępnych do scharakteryzowania. Badanie zachowania podczas topnienia przeprowadzono za pomocą DSC 214 Polyma. Masy próbek wynosiły od 10,0 mg do 15,0 mg. Aluminiowe tygle Concavus® były prasowane z przebitymi pokrywami i dwukrotnie ogrzewane do temperatury 200°C w atmosferze azotu przy szybkości ogrzewania i chłodzenia 10 K/min.
Wyniki i dyskusja
Typowym podejściem stosowanym w analizie instrumentalnej jest porównywanie własnych wyników pomiarów z danymi porównawczymi przechowywanymi w bazie danych. W przypadku metod spektroskopowych, takich jak spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR) lub spektrometria mas (MS), dostępne są bazy danych umożliwiające takie porównanie. Do niedawna taka możliwość nie była dostępna w przypadku analizy termicznej. Dopiero dzięki wprowadzeniu opartej na oprogramowaniu bazy danych Identify podejście to znalazło również zastosowanie w analizie termicznej [1]. Do identyfikacji materiału zwykle stosuje się drugie ogrzewanie w badaniach DSC, ponieważ pierwsze ogrzewanie zwykle pokrywa się z parametrami procesu, warunkami przechowywania lub historią termiczną próbki. Z drugiej strony, drugie nagrzewanie - po kontrolowanym, liniowym chłodzeniu - pokazuje rzeczywiste zachowanie materiału, a zatem łatwiej pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat składu materiału.
Porównanie przebiegów drugiego nagrzewania dla każdego z różnych typów "PE" pokazano na rysunku 1. Dodatkowo zilustrowano klasyfikację sugerowanych typów PE uzyskanych przez Identify. Jeśli, na przykład, PE-LD zostanie zmierzony (niebieski) i zestawiony z wartościami porównawczymi znalezionymi przez Identify, próbka może zostać rozpoznana jako PE-LD z wartościami podobieństwa wynoszącymi 99,08%. Inne typy PE są jednak klasyfikowane jako znacznie niższe wartości podobieństwa.
Wartości podobieństwa pokazane na rysunku 1 odpowiadają pierwszemu wierszowi w tabeli 1. Wszystkie wyniki porównania baz danych są tutaj podsumowane. Pierwsza kolumna pokazuje zmierzoną substancję i odpowiednią linię dla wartości podobieństwa znalezionych przez Identify z odpowiednią klasyfikacją. Dwusieczna linia pokazuje, że odpowiedni typ polietylenu, z wartością podobieństwa większą niż 98%, jest przypisany prawidłowo. Wartości podobieństwa wynoszące dokładnie 100% nigdy nie zostały znalezione, ponieważ pomiary do analizy zostały przeprowadzone na tych samych próbkach, co te przechowywane w bazie danych Identify, ale identyczne dane pomiarowe nigdy nie są porównywane. Wartości z tabeli 1 przedstawiono graficznie na rysunku 2.
Tabela 1: Podsumowanie wartości podobieństwa wszystkich typów polietylenu; pierwsza kolumna przedstawia zmierzone próbki, a w pozostałych kolumnach przedstawiono wartości podobieństwa określone dla każdej z nich.
PE-LD | PE-MD | PE-LLD | PE-HD | PE-UHMW | |
|---|---|---|---|---|---|
| PE-LD | 99.08 | 93.38 | 74.06 | 29.94 | 23.75 |
| PE-MD | 95.31 | 98.06 | 74.80 | 36.23 | 31.44 |
| PE-LLD | 70.50 | 72.52 | 98.29 | 80.47 | 73.96 |
| PE-HD | 31.14 | 37.57 | 76.77 | 99.90 | 95.64 |
| ÜE-UHMW | 23.99 | 28.32 | 69.69 | 94.41 | 99.74 |
Podsumowanie
Metoda różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) jest odpowiednia do wykrywania topnienia próbek polimerów. Z pomocą bazy danych Identify, ustalone wyniki pomiarów mogą być porównywane z danymi library zarówno wizualnie, jak i w oparciu o oszacowane wartości. Pozwala to również na niezawodną identyfikację różnych typów polietylenu. Jak już pokazano w innym miejscu, możliwe jest również rozpoznanie stosunku mieszania [2 (a)]. Ponadto bazę danych Identify można rozszerzyć o własne dane, a tym samym dostosować do indywidualnych potrzeb.