Netzsch 著高温によって温度調整される差動スキャン熱量測定 (TM-DSC)

カバーされるトピック

導入
TM-DSC の理論的な背景
ダイナミックな測定のモード
どのようなシグナルが分けることができますか。

鋼鉄
等温の CP の決定
結論

導入

温度によって調整される DSC、短縮された TM-DSC は、慣習的な DSC の技術の拡張です。 それは 1990年代初期にそれらがソフトウェアの修正といつ公表したか等読むことによって導入され根本的な暖房または冷却レートに正弦温度の変動のスーパーインポーズを許可します。 それ以来、方法の使用はポリマーおよび医薬品の領域の低温フィールドで広まるように、特になりました。

2008 年に新しい 400 のシリーズ器械の進水によって、 NETZSCH はよりずっと高い温度にこの技術のアプリケーション範囲をはじめて拡大しています。 これはまた TM-DSC が今金属、合金、鉱物またはガラスのような無機材料に適用されるようにします。

TM-DSC の理論的な背景

方法の利点は複雑な重複された効果の分離です。 これを実現するため、使用される暖房レートはない一定している正弦波によって重ねられないではない。

T (t) = T0 + HR.t + A.sin (か。 t) --> dT/dt=HR+A か。 Cos (か。 t)

ところ:

T0: 温度の開始
HR: 根本的な暖房レート
か。 : 角振動数
t: ピリオド
A: 振幅

0.1、 0.3 そして 0.5 K (根本的な暖房レートの 60 s および振幅のピリオドの図 1. 調整された暖房レート: 2 K/min)。

ダイナミックな測定のモード

ピリオド、振幅および根本的な暖房レートのための指定パラメータによって、さまざまでダイナミックな測定のモードは実行することができます即ち: 熱だけ (A か。 < 熱涼しい HR) (A か。 > HR) および熱 iso (A か。 = HR)。 その結果、サンプルは一定したレベルでただ熱され、熱され、そして冷却されか、または熱され、そして互い違いにしばらく保持されます。

熱だけモードは可逆溶けることおよび結晶化を除去するために好まれます。

さらに、準等温のモードが熱容量を定めるのに使用することができます。

摂動 (調整された暖房レート) の結果として、サンプル温度は変動の熱流のシグナル (図 2) に終って正弦方法で、また振動します。

3 K/min の、 60 s のピリオドのそして 0.5 K の振幅の暖房レートで総合的な空気の STA 449 F1 Jupiter® システムと遂行される図 2. ガラスサンプルの TM-DSC の測定

普通摂動と応答間に位相ずれ (遅延) があります。 数学的に TM-DSC の deconvolutes 2 つのタイプのシグナル、逆転し、非逆転の 1 へのフーリエ分析によるこの応答。 さらに、それは線形暖房レートを使用して DSC のシグナルに類似している平均熱流 (全体の熱流) を計算します。

どのようなシグナルが分けることができますか。

比熱の変更は逆転 DSC のカーブで目に見えます常に。 それに対して、時間依存プロセスは弛緩、再結晶化、の分解を治癒好みます、または蒸発は非逆転 DSC のカーブで明白常にです。

従って、容易に弛緩または再結晶化の効果からガラス転移を分けることは可能なはずです (ように図 2 および 3) で見ることができる。 しかし溶けるプロセス、また速い化学反応は、後進および非逆転 DSC のシグナルで目に見えます。 この文脈では、実験パラメータに試験結果の決定的な影響があります。 特定のパラメータセットのために、それはよい分離を、例えばその間達成することは、溶けることおよび分解プロセス実行可能かもしれません; 他のセットのためにそれはかもしれなくないです。

図 3. 後進および非逆転のシグナルへの図 2 分割の測定のカーブ。 ガラス転移ははっきり後進シグナル (緑のカーブ) で目に見えます; 非逆転のシグナル (赤いカーブ) は弛緩、また 2 つの結晶化の効果を示します。 青いカーブは慣習的な DSC の器械のカーブと同等の全体の熱流のカーブです。

逆転するか、 (または交互になる) 熱流は容量依存した熱で、熱力学のコンポーネントを表します。 非逆転するか、 (または非交互になる) 熱流は運動コンポーネントを表します。

次のテストランは鋼鉄炉、ふたが付いているタイプ S のサンプルキャリアがそして Pt/Rh のるつぼ装備されている STA 449 F1 Jupiter® システムと (1) および (2) 遂行されました。 対応する変調は冷却する手動モード (35% の基本的な力) で液体窒素を使用することによって行われました。

鋼鉄

鉄カーボン状態図に従って、鉄のアルファベータ転移はサンプルの炭素分によって 700°C に 800°C 頃、主に起こります。 同じ温度較差では、強磁性からの鉄の常磁の状態へのキュリーの転移は発生しま、 2 つの効果の重複に時々導きます (図 4) を見て下さい。

鋼鉄 (暖房レートの図 4. STA の測定: 5 K/min)

対応する TM-DSC の実験の結果は図 5. で見ることができます。 第 2 次転移として磁気変更はで構造変化が非逆転の部分 (赤いダッシュで結ばれるカーブ) で明白になる一方 756°C. の外挿法で推定された手始めの温度の逆転の部分 (黒いダッシュで結ばれるカーブ) 現われます。

鋼鉄 (暖房レートの図 5. TM-DSC の測定: 5 K/min のピリオド: 60 s の振幅: 0.5 K) 青: 全体の熱流、赤: カーブの非逆転、黒: カーブの逆転

等温の CP の決定

、 ASTM の国際的な技術委員会が新しい標準 (ASTM E 37 に取り組んでいる今; 第 3 草案は正弦調整された温度の差動スキャン熱量測定によって比熱容量を定めるための 2008 年 8 月に) 出版されました。 テストの動作範囲は -100°C と 600°C. の間にあるために定義されます。

この方法がまたより高い温度に適用することができるかどうか調べるためにはサファイアの測定は 600°C、 700°C、 800°C および 900°C の等温のステップ (30 分それぞれ) と行われました (図 6) を見て下さい。

サファイア (暖房レートの図 6. TM-DSC の測定: 5 K/min のピリオド: 60 s の振幅: 0.5 K) 青: サンプル、赤としてサファイア: 標準としてサファイア

そのようなテストの評価プロシージャは NETZSCH のプロテウス菌のソフトウェアに既に含まれています。 計算された結果は既にソフトウェアで保存されるサファイアのための理論的な CP のカーブとともに図 7 で、描写されます。

サファイアの図 7. 比熱の決定 - 実験 (着色された記号) および理論的なデータ (すみれ色のカーブ) 間の比較

従って実験およびわずかな値間の相違はある特定の温度較差の内に達成することができる何が DSC 404 または STA 449 システムと ASTM E 1269 かに従ってダイナミックな比率法か方法の使用によって正確さの同じ範囲の 2% 以下およびあります。

結論

方法として TM-DSC は全くさまざまなケースの重ねられた効果を分けられますの条件を満たします。 ガラス転移は分解、弛緩、蒸発、または冷た結晶化プロセスからよく分けることができます。 さらに、それは堅い許容内の疑似等温のモードの CP を定めるための適したツールです。 しかし溶けることが複雑なら、変調パラメータの選択は考慮に入れられなければなりません。 特定の状況下で、これらは逆転し、非逆転の部分のための測定の結果の決定的な影響があることができます。

ソース: 高温範囲の温度調整された差動スキャン熱量測定 (TM-DSC)
著者: ガブリエレ Kaiser

Gmbh このソース訪問 NETZSCH-Gerätebau のより多くの情報のため。

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit