TGA-BeFlat®
TGA-BeFlat® är ett matematiskt förfarande som gör det möjligt att från TGA-mätningen ta bort bidraget från fysikaliska fenomen som påverkar det uppmätta TGA-värdet. Dessa fenomen är: flytkraft och friktionskraft från den vertikalt rörliga gasen. Denna kraft är en funktion av gasflödet och den temperaturberoende gasviskositeten. Tillämpning av TGA-BeFlat® innebär: Om ett prov mäts i strömmande gas utan en separat baslinjemätning, beräknar programvaran baslinjen och subtraherar den från provmätningen. Det vanliga förfarandet för att avlägsna dessa fysikaliska fenomen är att mäta en baslinje och subtrahera den från provmätningen.
Men om ett prov ska mätas under gasflödesförhållanden utan en separat baslinjemätning, måste programvaran beräkna baslinjen och subtrahera den från provmätningen. Figur 1 visar hur effektiv TGA-BeFlat® är. Mätningen utfördes med STA 449 F5 Jupiter® med tomma deglar (utan prov och referensprov) vid en uppvärmningshastighet på 10 K/min. Den blå kurvan är mätdata inklusive påverkan av de fysikaliska effekter som beskrivs ovan. Den röda kurvan motsvarar BeFlat®-korrigerade data, där baslinjen beräknas och subtraheras från mätkurvan. För enkelhetens skull ingår nu programvarulösningen TGA-BeFlat® i programvaran Proteus® för instrumenten TG 209 F1 Libra® och STA 449 F5 Jupiter® ; kan även fås för andra instrument.
DSC-BeFlat®
DSC-BeFlat® är ett matematiskt förfarande som gör det möjligt att från en DSC-mätning ta bort bidraget från de fysikaliska fenomen som påverkar det uppmätta DSC-värdet. Några av dessa fenomen är: icke-symmetri hos DSC-sensorn, olika nivåer av termisk kontakt mellan sensorn och deglarna för provsidan och referenssidan samt olika degelmassor för prov och referens. Det används inte lika ofta vid termogravimetri, men precis som vid TGA kan dessa fysikaliska fenomen vanligtvis elimineras genom mätning av baslinjen och subtraktion av denna från provmätningen. Återigen, en provmätning utan baslinjemätning kräver att programvaran beräknar en baslinje och subtraherar den från provmätningen. De två metoderna Standard BeFlat® och Advanced BeFlat® gör i allmänhet samma sak: beräknar baslinjen och subtraherar den. Skillnaden mellan dessa två metoder är sättet som baslinjen beräknas på.
Standard DSC BeFlat®
Matematiskt tillvägagångssätt:
Programtillägget DSC-BeFlat® för korrigering av temperatur- och uppvärmningshastighetsberoende DSC-baslinjeavvikelser över en flerdimensionell polynomfunktion är utformat för att bidra till att uppnå högsta möjliga baslinjestabilitet med minimal kurvatur över ett brett temperaturområde. Det är känt att en DSC-mätning beror på temperatur och uppvärmningshastighet. Det vanligaste beroendet kan beskrivas som ett polynom av två variabler: temperatur (T) och uppvärmningshastighet (HR).
För att hitta de okända koefficienternaai,k är det nödvändigt att utföra flera mätningar med olika uppvärmningshastigheter för samma temperaturområde, som måste vara minst flera hundra K brett. Figur 2 visar att baslinjen beror på uppvärmningshastigheten för varje temperatur.
Ekvation (1) skapar en tvådimensionell yta som en funktion av temperatur och uppvärmningshastighet. Denna yta är markerad med blått i fig. 3. Denna funktion är endast aktiverad inom området för de uppmätta temperaturerna och uppvärmningshastigheterna: här temperaturer från 0 till 300°C och uppvärmningshastigheter från 2 till 20 K/min.
Beroende på instrument kan Standard BeFlat® antingen kräva flera värmesegment i en mätning (DSC) eller flera oberoende mätningar, som i fallet med STA.
Avancerad BeFlat®
Fysikaliskt tillvägagångssätt:
Den fysikaliska modellen för värmeflödet beskrivs matematiskt för ett system som innehåller en ugn, en sensor med två positioner och två deglar. Värdena på det termiska motståndet inuti sensorn och de termiska motstånden mellan degeln och sensorn är okända. Bidraget från massskillnaden mellan provdegeln och referensdegeln är proportionellt mot uppvärmningshastigheten, men proportionalitetskoefficienten är också okänd. För att hitta dessa temperaturberoende okända parametrar är det nödvändigt att utföra två kalibreringsmätningar: en första uppvärmning med endast en tom degel på referenssidan (och ingen degel på provsidan) och den andra mätningen med två tomma deglar.
Från dessa två mätningar hittas alla okända parametrar som en funktion av temperaturen. Figur 4 visar ett exempel på Advanced DSC-BeFlat® för ett värmesegment (två tomma deglar, inget prov); den gröna kurvan är mätdata. Den röda kurvan är BeFlat®-korrigerade data där baslinjen beräknas och subtraheras.
Slutsats
Programvarufunktionerna BeFlat® och Advanced DSC-BeFlat® är integrerade i programvaran Proteus® från och med version 7.0 respektive 7.1. Båda möjliggör effektiva och exakta mätningar utan behov av ytterligare baslinjemätningar.