De temperatuur-Gemoduleerde Calorimetrie op hoge temperatuur van het Differentiële Aftasten (tm-DSC) door Netzsch

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Theoretische Achtergrond van tm-DSC
Dynamische het Meten Wijzen
Welk Soort Signalen Kan worden Gescheiden?
Voorbeelden
Staal
Isothermische cp Bepaling
Conclusie

Inleiding

Is Temperatuur gemoduleerde DSC, afgekorte tm-DSC, een uitbreiding van de conventionele techniek DSC. Het werd geïntroduceerd door Reading et al. in de vroege jaren '90 toen zij met een softwarewijziging die de superpositie van een sinusoïdale temperatuurschommeling toestaan op ten grondslag liggen die of het koelen tarief openbaar gingen verwarmen. Sedertdien is het gebruik van de methode algemeen, vooral op het gebied bij lage temperatuur op het gebied van polymeren en geneesmiddelen geworden.

Met de lancering van de nieuwe 400 reekseninstrumenten in 2008, heeft NETZSCH de toepassingswaaier van deze techniek aan hogere temperaturen voor het eerst uitgebreid. Dit laat tm-DSC toe om nu ook op anorganische materialen zoals metalen, legeringen, mineralen of glazen worden toegepast.

Theoretische Achtergrond van tm-DSC

Het voordeel van de methode is de scheiding van complexe overlapte gevolgen. om dit te realiseren die, is het het verwarmen gebruikte tarief niet constant maar toevoegt door een sinusoïdale golf.

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

waar:

T0: beginnende temperatuur
U: onderliggend het verwarmen tarief
? : hoekige frequentie
t: periode
A: omvang

Figuur 1. Gemoduleerd het verwarmen tarief met een periode van jaren '60 en omvang van 0.1, 0.3 en 0.5 K (onderliggend het verwarmen tarief: 2 K/min).

Dynamische het Meten Wijzen

Afhankelijk van de geselecteerde parameters voor periode, omvang, en onderliggend het verwarmen tarief, kunnen diverse dynamische het meten wijzen worden uitgevoerd, namelijk: slechts hitte (A? < Hitte-koelen U), (A? > U) en hitte-ISO (A? = U). Dientengevolge, zal de steekproef of slechts verwarmd worden, verwarmd en, gekoeld of verwarmd en op constant niveau voor een tijdje afwisselend gehouden.

De hitte-enige wijze heeft voor het elimineren van het omkeerbare smelten en kristallisatie de voorkeur.

Bovendien, kan de quasi isothermische wijze worden gebruikt om hittecapaciteit te bepalen.

Ten gevolge van de storing (gemoduleerd het verwarmen tarief), oscilleert de steekproeftemperatuur eveneens op een sinusoïdale manier, resulterend in een schommelend signaal van de hittestroom (Fig. 2).

Figuur 2. Tm-DSC meting van een glassteekproef, met STA 449 F1 het systeem van Jupiter® in synthetische lucht wordt uitgevoerd aan een het verwarmen tarief van 3 K/min, voor een periode van jaren '60 en met een omvang van 0.5 K dat

Er is normaal een faseverschuiving (vertraging) tussen de storing en de reactie. Tm-DSC mathematisch deconvolutes deze reactie door middel van de analyse van Fourier in twee soorten signalen, omkerende en niet-omkeert. Bovendien berekent het een gemiddelde hittestroom (totale hittestroom) die aan het signaal DSC die een lineair het verwarmen tarief gebruiken analoog is.

Welk Soort Signalen Kan worden Gescheiden?

De Specifieke hitteveranderingen zijn altijd zichtbaar in de het omkeren kromme DSC. In tegenstelling, zijn time-dependent processen zoals ontspanning, herkristallisatie, het genezen, decompositie, of verdamping altijd duidelijk in de niet-omkeert kromme DSC.

Daarom zou het mogelijk moeten zijn glasovergangen van ontspanning of herkristallisatiegevolgen (zoals in Fig. 2 en 3) gemakkelijk om te scheiden kan worden gezien. Het Smelten de processen, echter, evenals de snelle chemische reacties, zijn zichtbaar in zowel de omkerende als niet-omkeert signalen DSC. In deze context, hebben de experimentele parameters een beslissende invloed op het testresultaat. Voor specifieke parameterreeksen, kan het haalbaar zijn om een goede scheiding tussen, bijvoorbeeld, het smelten en het decompositieproces te bereiken; voor andere reeksen kan het niet.

Figuur 3. De kromme van de Meting van fig. 2 spleet in het omkerende en niet-omkeert signaal. De glasovergang is duidelijk zichtbaar in het omkerende signaal (groene kromme); het niet-omkeert signaal (rode kromme) toont de ontspanning evenals twee kristallisatiegevolgen. De blauwe kromme is de totale kromme van de hittestroom, gelijkwaardig met de kromme van een conventioneel instrument DSC.

De omkerende (of afwisselend) hittestroom is capaciteit-afhankelijke hitte en vertegenwoordigt de thermodynamische component. De niet-omkeert (of niet-afwisselt) hittestroom vertegenwoordigt de kinetische component.

Voorbeelden

Volgende die tests (1) en (2) werden met STA 449 F1 het systeem van Jupiter® uitgevoerd met een staaloven, een carrier van de typeS steekproef en smeltkroezen Pt/Rh met deksels wordt uitgerust. De overeenkomstige modulatie werd uitgevoerd door vloeibare stikstof het koelen op de handwijze (35% basismacht) te gebruiken.

Staal

Volgens het ijzer-koolstof fasediagram, zal de alpha--bètaovergang van ijzer om ongeveer 700°C aan 800°C, hoofdzakelijk afhankelijk van de koolstofinhoud van de steekproef plaatsvinden. In de zelfde temperatuurwaaier, komt de overgang van de Curie van de ferromagnetische stof naar de paramagnetische staat van ijzer voor, soms leidend tot het overlappen van de twee gevolgen (zie Fig. 4).

Figuur 4. STA meting op staal (het verwarmen tarief: 5 K/min)

Het resultaat van het overeenkomstige experiment tm-DSC kan in Fig. 5 worden gezien. De magnetische verandering als second-order overgang verschijnt in het omkerende deel (zwarte gestormde kromme), terwijl de structurele verandering in het niet-omkeert deel (rode gestormde kromme) duidelijk wordt, met een geëxtrapoleerde begintemperatuur van 756°C.

Figuur 5. Tm-DSC meting op staal (het verwarmen tarief: 5 K/min, periode: jaren '60, omvang: Blauw 0.5 van K): totale hittestroom, rood: niet-omkeert kromme, zwarte: het omkeren kromme

Isothermische cp Bepaling

Op het ogenblik, werkt het Internationale Technische Comité ASTM aan een nieuwe norm (ASTM Euro 37; het 3de ontwerp werd gepubliceerd in Augustus 2008) voor het bepalen van specifieke hittecapaciteit door de sinusoïdale gemoduleerde calorimetrie van het temperatuur differentiële aftasten. De werkende waaier van tests wordt bepaald om tussen -100°C en 600°C. te zijn.

om te weten te komen als deze methode ook op hogere temperaturen kan worden toegepast, werd een meting op saffier uitgevoerd met isothermische stappen (30 minuten elk) bij 600°C, 700°C, 800°C en 900°C (zie Fig. 6).

Figuur 6. Tm-DSC meting op saffier (het verwarmen tarief: 5 K/min, periode: jaren '60, omvang: Blauw 0.5 van K): saffier als steekproef, rood: saffier als norm

De evaluatieprocedure voor dergelijke tests is reeds inbegrepen in de software van Proteusbacteriën NETZSCH. De berekende resultaten worden afgeschilderd in Fig. 7 samen met de theoretische die cp kromme voor saffier, reeds in de software wordt opgeslagen.

Figuur 7. Specifieke hittebepaling op saffier - vergelijking tussen experimentele (gekleurde symbolen) en theoretische gegevens (violette kromme)

Het verschil tussen experimenteel en de nominale waarden is binnen bepaalde temperatuurwaaier minder dan 2% en daarom in de zelfde waaier van nauwkeurigheid wat met DSC 404 of STA 449 systemen kan worden bereikt door de dynamische verhouding methode of de methode volgens ASTM Euro 1269 te gebruiken.

Conclusie

Tm-DSC zoals een methode inderdaad aan zijn vereiste voegde voldoen om te kunnen scheiden gevolgen in diverse gevallen toe. De overgangen van het Glas kunnen goed van decompositie, ontspanning, verdamping, of koud-kristallisatieprocessen worden gescheiden. Bovendien, is het een geschikt hulpmiddel om cp op de quasi-isothermische wijze binnen strakke tolerantie te bepalen. Maar als het smelten geïmpliceerd is, moet de keus van de modulatieparameters in overweging worden genomen. In bepaalde omstandigheden, kunnen deze een beslissende invloed op de metingsresultaten voor het omkerende en niet-omkeert deel hebben.

Bron: De temperatuur-gemoduleerde Calorimetrie van het Differentiële Aftasten (tm-DSC) in de Waaier Op hoge temperatuur
Auteur: Gabriele Kaiser

Voor meer informatie over dit bronbezoek NETZSCH-Gerätebau Gmbh.

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit