Calorimetria di A Scansione Differenziale Temperatura-Modulata Temperatura elevata (TM-DSC) da Netzsch

Argomenti Coperti

Introduzione
Sfondo Teorico di TM-DSC
Modi di Misurazione Dinamici
Che Genere di Segnali Può Essere Separato?
Esempi
Acciaio
Determinazione Isotermica di cp
Conclusione

Introduzione

DSC, TM-DSC abbreviato modulato la Temperatura, è un'estensione della tecnica convenzionale di DSC. È stato presentato Leggendo et al. nell'inizio degli anni 90 in cui sono diventato pubblico con una modifica del software permettendo la sovrapposizione di una fluttuazione sinusoidale della temperatura su una tariffa di fondo di raffreddamento o del riscaldamento. Da allora, l'uso del metodo è stato diffuso, particolarmente nel campo a bassa temperatura nelle aree dei polimeri e dei prodotti farmaceutici.

Con il lancio di nuovi strumenti di 400 serie nel 2008, NETZSCH ha ampliato per la prima volta l'intervallo dell'applicazione di questa tecnica alle più alte temperature. Ciò permette che TM-DSC ora anche si applichi ai materiali inorganici come i metalli, le leghe, i minerali o i vetri.

Sfondo Teorico di TM-DSC

Il vantaggio del metodo è la separazione di effetti sovrapposti complessi. Per realizzare questa, la tariffa di riscaldamento usata è non costante ma sovrapposta da un'onda sinusoidale.

T (t) = T0 + HR.t + A.sin (? t) --> dT/dt=HR+A? cos (? t)

dove:

T0: iniziare temperatura
ORA: tariffa di riscaldamento di fondo
? : frequenza angolare
t: periodo
A: ampiezza

Figura 1. tariffa di riscaldamento Modulata con un periodo di 60 s e le ampiezze di 0,1, 0,3 e 0,5 K (tariffa di riscaldamento di fondo: 2 K/min).

Modi di Misurazione Dinamici

Secondo i parametri selezionati per il periodo, l'ampiezza e la tariffa di riscaldamento di fondo, i vari modi di misurazione dinamici possono essere eseguiti, vale a dire: calore soltanto (A? < ORA), calore-fresca (A? > ORA) e calore-iso (A? = ORA). Di conseguenza, il campione sarà riscaldato soltanto, sarà riscaldato e raffreddato, o sarà riscaldato ed alternatamente sarà tenuto ad un livello costante per un po'.

Il modo solo calore è preferito per l'eliminazione la fusione e della cristallizzazione del reversibile.

Ulteriormente, il quasi modo isotermico può essere usato per determinare la capacità termica.

In conseguenza della perturbazione (tariffa di riscaldamento modulata), la temperatura del campione oscilla in un modo sinusoidale pure, con conseguente segnale di variazione di flusso di calore (Fig. 2).

Figura 2. misura di TM-DSC di un campione di vetro, effettuata con un sistema di STA 449 F1 Jupiter® in aria sintetica ad una tariffa di riscaldamento di 3 K/min, per un periodo di 60 s e con un'ampiezza di 0,5 K

C'è normalmente di sfasamento (mora) fra la perturbazione e la risposta. Di TM-DSC deconvolutes matematicamente questa risposta per mezzo di analisi di Fourier in due tipi di segnali, d'inversione e d'inversione. Inoltre, calcola un flusso di calore medio (flusso di calore totale) che è analogo al segnale di DSC facendo uso di una tariffa di riscaldamento lineare.

Che Genere di Segnali Può Essere Separato?

I cambiamenti del calore Specifico sono sempre visibili nella curva d'inversione di DSC. Al contrario, i trattamenti dipendenti dal tempo gradiscono il rilassamento, la ricristallizzazione, fare maturare, la decomposizione, o l'evaporazione è sempre evidente nella curva d'inversione di DSC.

Di Conseguenza, dovrebbe essere possibile separare facilmente le transizioni di vetro dagli effetti della ricristallizzazione o di rilassamento (può essere veduto nelle Fig. 2 e 3). I trattamenti di Fusione, tuttavia come pure le reazioni chimiche veloci, sono visibili sia nei segnali d'inversione che d'inversione di DSC. In questo contesto, i parametri sperimentali hanno un impatto decisivo sul risultato dei test. Per gli insiemi specifici di parametro, può essere fattibile da raggiungere una buona separazione in mezzo, per esempio, fondersi ed il trattamento della decomposizione; per altri insiemi non può.

Figura 3. curva di Misura della Fig. 2 spaccatura nel segnale d'inversione e d'inversione. La transizione di vetro è chiaramente visibile nel segnale d'inversione (curva verde); il segnale d'inversione (curva rossa) mostra il rilassamento come pure due effetti di cristallizzazione. La curva blu è la curva di flusso di calore totale, equivalente con la curva di uno strumento convenzionale di DSC.

Il flusso di calore d'inversione (o alternando) è il calore capacità-dipendente e rappresenta la componente termodinamica. Il flusso di calore d'inversione (o non alternando) rappresenta la componente cinetica.

Esempi

Le seguenti esecuzioni dei test (1) e (2) è stato effettuato con un sistema di STA 449 F1 Jupiter® fornito di altoforno, un tipo porta-campioni di S e crogioli di Pt/Rh con i coperchi. La modulazione corrispondente è stata eseguita utilizzando l'azoto liquido che si raffredda nel modo di alimentazione manuale (potenza di base di 35%).

Acciaio

Secondo il diagramma di fase del ferro-carbonio, la alfa-beta transizione di ferro avrà luogo a circa 700°C a 800°C, pricipalmente secondo il contenuto di carbonio del campione. Nella stessa gamma di temperature, la transizione di Curie dal ferromagnetico allo stato paramagnetico di ferro accade, a volte piombo ad una sovrapposizione dei due effetti (vedi la Fig. 4).

Figura 4. misura di STA su acciaio (tariffa di riscaldamento: 5 K/min)

Il risultato dell'esperimento corrispondente di TM-DSC può essere veduto nella Fig. 5. Il cambiamento magnetico come transizione di secondo ordine compare nella parte d'inversione (curva tratteggiata nera), mentre il mutamento strutturale diventa evidente nella parte d'inversione (curva tratteggiata rossa), con una temperatura estrapolata di inizio di 756°C.

Figura 5. misura di TM-DSC su acciaio (tariffa di riscaldamento: 5 K/min, periodo: 60 s, ampiezza: 0,5 K) blu: flusso di calore totale, rosso: non inversione della curva, il nero: inversione della curva

Determinazione Isotermica di cp

Dal momento che, il Comitato Tecnico Internazionale di ASTM sta lavorando ad un nuovo standard (ASTM E 37; la terza cambiale è stata pubblicata nell'agosto 2008) per la determinazione della capacità termica specifica tramite calorimetria di a scansione differenziale modulata sinusoidale della temperatura. Il raggio d'azione delle prove è definito per essere fra -100°C e 600°C.

Per scoprire se questo metodo può anche applicarsi alle più alte temperature, una misura su zaffiro è stata realizzata con i punti isotermici (30 minuti ciascuno) a 600°C, a 700°C, a 800°C e a 900°C (vedi la Fig. 6).

Figura 6. misura di TM-DSC su zaffiro (tariffa di riscaldamento: 5 K/min, periodo: 60 s, ampiezza: 0,5 K) blu: zaffiro come campione, rosso: zaffiro come standard

La procedura di valutazione per tali prove già è inclusa nel software del Proteus di NETZSCH. I risultati calcolati sono descritti nella Fig. 7 insieme alla curva teorica di cp per zaffiro, già memorizzata nel software.

Figura 7. determinazione su zaffiro - confronto di calore Specifico fra i dati sperimentali (simboli colorati) e teorici (curva viola)

La differenza fra i valori sperimentali e nominali è all'interno della gamma di temperature data meno di 2% e quindi nello stesso intervallo di accuratezza che cosa può essere raggiunto con i sistemi di DSC 404 o di STA 449 usando il metodo di rapporto dinamico o il metodo secondo ASTM la E 1269.

Conclusione

TM-DSC come metodo effettivamente soddisfa la sua richiesta di potere separare gli effetti sovrapposti in vari casi. Le transizioni Di Vetro possono essere separate bene dalla decomposizione, dal rilassamento, dall'evaporazione, o dai trattamenti di freddo-cristallizzazione. Ulteriormente, è uno strumento adatto per la determinazione del cp nel modo quasi isotermico all'interno delle tolleranze strette. Ma se fondersi è implicata, la scelta dei parametri di modulazione deve essere presa in considerazione. In determinate circostanze, questi possono avere un'influenza decisiva sui risultati di misura per la parte d'inversione e d'inversione.

Sorgente: Calorimetria di A Scansione Differenziale Temperatura-Modulata (TM-DSC) nell'Intervallo Ad alta temperatura
Autore: Gabriele Kaiser

Per ulteriori informazioni su questa visita NETZSCH-Gerätebau di sorgente Gmbh.

Date Added: Nov 3, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:17

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