Inledning
Modulerade DSC-mätningar används för att separera överlappande effekter. Provet utsätts inte bara för linjär uppvärmningshastighet utan också för sinusformade temperaturvariationer. Denna metod leder till att man kan separera de så kallade omvända och icke omvända delarna av värmeflödet. De omvända effekterna är en funktion av temperaturen och oscillerar med temperaturvariationerna. De icke-reverserande processerna är en funktion av tiden och beräknas som skillnaden mellan det totala värmeflödet och det reverserande värmeflödet.
En modulerad mätning innehåller tre parametrar som väljs av användaren:
- Den underliggande uppvärmningshastigheten (i K/min)
- Amplituden (i K)
- Oscillationsperioden (i s)
En lämplig uppvärmningshastighet och en tillräcklig frekvens är nödvändig för att säkerställa att de effekter som ska separeras innehåller tillräckligt med svängningar för en förbättrad separation av effekterna. Detta är ett nödvändigt villkor för att uppnå god separation av de omvända och icke omvända processerna. Eftersom det är svårt för en värmeflödes-DSC att följa snabba uppvärmningshastigheter tillsammans med korta oscillationer, utförs modulerade mätningar vanligtvis vid uppvärmningshastigheter som är mindre än eller lika med 5 K/min.
Temperaturmodulering med höga uppvärmningshastigheter
Tack vare den låga termiska massan i P-Module-ugnen kan värmeflödet DSC 300 Caliris® moduleras med uppvärmningshastigheter på 10 K/min i kombination med korta perioder och höga amplituder för resultat som är både snabba och exakta.
I det följande utförs en Temperaturmodulerad DSCTemperaturmodulerad DSC (TM-DSC) används för att separera flera termiska effekter som uppstår inom samma temperaturområde och överlappar varandra i DSC-kurvan.temperaturmodulerad DSC-mätning på ett polystyrenprov. Tabell 1 sammanfattar testförhållandena.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Apparat | DSC 300 Caliris® med P-modul |
|---|---|
| Smältdegel | Concavus® (aluminium, stängd med genomborrat lock) |
| Provets massa | 5.25 mg |
| Temperaturområde | -20°C till 150°C |
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min |
| Period | 20 s |
| Amplitud | 1 K |
Resultat av mätning
Det totala uppmätta värmeflödet (som överensstämmer med en konventionell DSC-kurva) visas i figur 1. Det endoterma steg som detekteras vid 84,5°C (mittpunkt) beror på polystyrenets glasövergång. Det överlappas av en relaxationstopp vid 89,7°C som beror på att mekaniska spänningar i provet släpper. De två effekterna kan endast utvärderas om de separeras. Detta kan åstadkommas med hjälp av temperaturmodulering.
Figur 2 visar att temperaturen är perfekt kontrollerad under den modulerade mätningen: Den underliggande uppvärmningshastigheten på 10 K/min och amplituden på 1 K bibehålls båda utan problem.
Uppdelningen av det totala värmeflödet i reverserande och icke-reverserande signaler visas i figur 3. Glasövergången sker i den reverserande delen av värmeflödet medan den irreversibla relaxationstoppen är en typisk icke-reverserande effekt. Båda effekterna kan nu utvärderas korrekt: Glasövergången detekterades vid 89,1°C (mittpunkt) och relaxationstoppen vid 88,6°C (topptemperatur) med en entalpi på 2,3 J/g.
Slutsats
Tack vare modulering vid högre uppvärmningshastigheter än vanligt kan glasövergången för polystyren utvärderas snabbt och exakt. DSC 300 Caliris® med P-modul kombinerar robustheten hos en DSC med värmeflöde med fördelarna hos en snabb, välkontrollerad ugn, vilket möjliggör temperaturmodulerade DSC-mätningar vid höga uppvärmningshastigheter.