Wprowadzenie
System rozpoznawania i bazy danych krzywych DSC Identify jest nowatorskim i wydajnym narzędziem programowym do identyfikacji nieznanych próbek i kontroli jakości. Jedną z ogólnych kwestii związanych z DSC jest zależność krzywej DSC od masy próbki i zastosowanej szybkości ogrzewania. Wyższe wartości masy próbki, a także szybkości ogrzewania mają tendencję do przesuwania efektów kalorycznych, takich jak przejścia szkliste lub piki topnienia do wyższych temperatur. Celem tego badania było określenie, w jaki sposób takie zmiany temperatury wpływają na wyniki Identify search.
Typowy przykład
Rysunek 1 przedstawia wyniki identyfikacji dla próbki PET o masie 17,83 mg zmierzonej przy szybkości ogrzewania 20 K/min (drugie ogrzewanie po chłodzeniu z szybkością 10 K/min). Krzywa DSC została prawidłowo zidentyfikowana jako krzywa PET, mimo że krzywa bazy danych została zmierzona przy innej szybkości ogrzewania (10 K/min) dla innej masy próbki PET (12,16 mg). Oczywiście przesunięcia temperatury zeszklenia i piku topnienia wynikające z różnych warunków pomiaru miały jedynie niewielki wpływ na wynik search: podobieństwo między obiema krzywymi wynosi 96,5%, co stanowi prawie idealne dopasowanie!
Systematyczne badanie
Wpływ warunków pomiaru "masy próbki" i "szybkości ogrzewania" na krzywą DSC, a tym samym na wynik identyfikacji, był systematycznie badany dla HDPE. Pięć różnych próbek HDPE o masach 1, 5, 10, 15 i 20 mg ogrzewano od temperatury pokojowej do 200°C z szybkością 10 K/min w dwóch cyklach ogrzewania.
Rysunek 2 pokazuje, jak szczyty topnienia drugiej krzywej grzewczej przesunęły się do wyższych temperatur i stały się szersze wraz ze wzrostem masy próbki - zgodnie z oczekiwaniami. Jeśli weźmiemy pod uwagę krzywą uzyskaną dla próbki o masie 10 mg jako odniesienie, można zaobserwować wysokie wartości podobieństwa między tą krzywą a krzywymi dla 1, 5, 15 i 20 mg (patrz tabela na rysunku 2). Dla identyfikacji, krzywe uzyskane dla próbek 5, 10 i 15 mg są prawie identyczne, ponieważ ich podobieństwo jest wyższe niż 99%. Krzywe dla próbek 1 mg i 20 mg z wartościami podobieństwa wyższymi niż 92% najprawdopodobniej również zostałyby prawidłowo rozpoznane.
Rysunek 3 ilustruje wpływ różnych szybkości ogrzewania na pik topnienia tej samej próbki HDPE o masie 5,21 mg. Wraz ze wzrostem szybkości ogrzewania z 10 K/min do 300 K/min, temperatura piku przesunęła się ze 130,3°C do 166,7°C, a piki ponownie znacznie się poszerzyły.
Tabela na rysunku 3 przedstawia wartości podobieństwa z Identyfikacji pomiędzy krzywą uzyskaną przy 10 K/min (odniesienie) i odpowiednio wszystkimi innymi zestawami danych. Podobieństwo między krzywymi zmierzonymi przy 10 K/min i 20 K/min wyniosło aż 96,3%. Wartości podobieństwa zmniejszały się o około 10% przy każdym podwojeniu szybkości ogrzewania.
Uwagi końcowe
- Wykazano, że Identify może niezawodnie dopasować krzywe DSC dla tych samych materiałów, uzyskując wysokie wartości podobieństwa nawet przy bardzo zróżnicowanych warunkach pomiaru próbki. Przy użyciu "standardowych" parametrów search, różnica 2-krotna w masie próbki lub szybkości ogrzewania nadal skutkuje bardzo wysokimi wartościami podobieństwa, a zatem prawdopodobnie prawidłową identyfikacją próbki.
- Do celów kontroli jakości, w których pożądane jest większe rozróżnienie między próbkami, "wymagające" zamiast "standardowych" search parametrów Identyfikacji mogą być selected w celu wykrycia niewielkich różnic w krzywych DSC, co doprowadzi do large zmian w wartościach podobieństwa.
- Krzywe DSC zmierzone w różnych warunkach pomiarowych mogą zostać dodane do libraries użytkownika Identify i w konsekwencji będą rozpoznawane w przyszłości. Identify umożliwia również grupowanie krzywych DSC zmierzonych przy różnych masach próbek lub szybkościach ogrzewania w klasy (np. klasa materiału "HDPE"). Funkcja ta zwiększa również potencjał prawidłowej identyfikacji próbki niezależnie od warunków pomiaru.