Hög temperatur Temperatur-Modulerad Differentiell ScanningCalorimetry (TM-DSC) vid Netzsch

Täckte Ämnen

Inledning
Teoretisk Bakgrund av TM-DSC
Dynamiska Mäta Funktionslägen
Kan Vilken Sort av Signals Avskiljas?
Exempel
Stålsätta
Isothermal cpBeslutsamhet
Avslutning

Inledning

Temperaturen modulerad DSC, förkortad TM-DSC, är en f8orlängning av den konventionella DSC-tekniken. Den introducerades av Läsning o.a. i tidig sort90-tal, då de gick offentligt med en programvaruändring låta superimpositionen av en sinusformig temperaturväxling på en bakomliggande uppvärmning, eller kyla klassa. Sedan dess har bruk av metoden blivit utbrett, speciellt i låg-temperaturen sätta in i områdena av polymrer och pharmaceuticals.

Med barkassen av den nya 400 serien instrumenterar i 2008, NETZSCH har utvidgat applikationen spänner av denna teknik till högre temperaturer för den första tiden. Detta låter TM-DSC nu också appliceras till oorganiska material som något liknande belägger med metall, legerar, mineraler eller exponeringsglas.

Teoretisk Bakgrund av TM-DSC

Gynna av metoden är det överlappade avskiljandet av komplex verkställer. För att realisera denna, klassar uppvärmningen använt är inte konstant, men lagt över av ett sinusformigt vinka.

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

var:

T0: starta temperatur
TIMME: bakomliggande uppvärmning klassar
? : vinkelformig frekvens
t: period
A: amplitud

Figurera 1. Modulerad uppvärmning klassar med en period av 60-tal och amplituder av 0,1, 0,3 och 0,5 K (bakomliggande uppvärmning klassar: 2 K/min).

Dynamiska Mäta Funktionslägen

Beroende av de utvalda parametrarna för period amplitud, och bakomliggande uppvärmning klassar, olika dynamiska mäta funktionslägen kan utföras, namely: värma endast (A? < värma-kyler TIMME), (A? > TIMME) och värma-iso (A? = TIMME). Som ett resultat ska ta prov endera värmas endast, värmas och kylas, eller värmt och växelvis rymt på ett konstant jämna för en stund.

Värma-endastfunktionsläget föredras för att avlägsna vändbar smältning och kristallisering.

Dessutom kan det quasi isothermal funktionsläget vara van vid bestämmer värmer kapacitet.

Som en följd av perturbationen (modulerad uppvärmning klassar), svänger ta provtemperaturen i ett sinusformigt sätt, som väl och att resultera i en fluctuating värma flöde signalerar (Fig. 2).

Figurera 2. TM--DSCmätningen av ett exponeringsglas tar prov, buret ut med ett system för STA 449 F1 Jupiter® i syntetmaterial luftar på en uppvärmning klassar av 3 K/min, för en period av 60-tal och med en amplitud av 0,5 K

Det finns normalt en arrangera gradvisförskjutning (fördröjning) mellan perturbationen och svaret. För TM-DSC deconvolutes matematiskt som detta svar med hjälp av Fourier analys in i två typer av signalerar, vända om och non-vända om. I tillägg beräknar den ett genomsnitt värmer flöde (slutsumman värmer flöde) som är motsvarande till DSCEN signalerar genom att använda en linjär uppvärmning klassar.

Kan Vilken Sort av Signals Avskiljas?

Närmare detalj värmer ändringar är alltid synlig i den vända om DSCEN buktar. I kontrast bearbetar Time-anhörigen lik avkoppling, beträffande-kristallisering, avvänjningen, upplösning, eller avdunstning är alltid påtaglig i denvända om DSCEN buktar.

Därför bör det vara möjligheten som lätt avskiljer glass övergångar från avkoppling, eller beträffande-kristallisering verkställer (som synes i Fig. 2 och 3). Smälta bearbetar, emellertid såväl som fastar kemiska reaktioner, är synligt i både vända om, och non-vända om DSC signalerar. I detta sammanhang har de experimentella parametrarna ett avgörande att få effekt på testaresultatet. För specifika parameteruppsättningar kan det vara görligt att uppnå ett bra avskiljande between, till exempel, smältning och den processaa upplösningen; för andra uppsättningar kan det inte.

Figurera 3. Mätningen buktar av Fig. 2 splittring in i vända om, och non-vända om signalerar. Den glass övergången är klart synlig i vända om signalerar (gräsplan buktar); non-vända om signalerar (rött bukta), shows avkopplingen, såväl som kristallisering två verkställer. Blåtten buktar är slutsumman värmer flöde buktar, motsvarigheten med bukta av en konventionell DSC instrumenterar.

Vända om (eller att växla) värmer flöde är värmer kapacitet-anhörig och föreställer det thermodynamic del-. Non-vända om (eller non-att växla) värmer flöde föreställer det kinetic del-.

Exempel

Testa kör efter (1), och (2) bars ut med ett system för STA som 449 F1 Jupiter® utrustades med en stålsättapanna, en typ S, tar prov bäraren och Pt-/Rhsmältdegler med lock. Den motsvarande moduleringen utfördes, genom att använda vätskeett gasformigt grundämne som kyler i det manuella funktionsläget (grundläggande 35% driver).

Stålsätta

Enligt stryka-kolet arrangera gradvis diagrammet, denbeta övergången av stryker ska äger rum på runt om 700°C till 800°C, främst beroende av kolet som är nöjt av ta prov. I den samma temperaturen spänna, Curieövergången från det ferromagnetic till det paramagnetic statligt av stryker uppstår och ibland att leda till en överlappning av tvåna verkställer (se Fig. 4).

Figurera 4. STA-mätningen stålsätter på (uppvärmning klassar: 5 K/min)

Resultatet av det motsvarande TM--DSCexperiment kan ses i Fig. 5. Den magnetiska ändringen som enbeställa övergång visas i den vända om delen (den rusade svarten buktar), eftersom den strukturella ändringen blir tydlig i denvända om delen (rött streckat buktar), med en extrapolerad starttemperatur av 756°C.

Figurera 5. TM--DSCmätningen stålsätter på (uppvärmning klassar: 5 K/min, period: 60-tal amplitud: 0,5 blått för K): slutsumman värmer flöde som är rött: non-vända om bukta, svärta: att vända om buktar

Isothermal cpBeslutsamhet

På ögonblicket är den Tekniska Kommittén för ASTM-Landskampen funktionsduglig på ett nytt standart (ASTM E 37; 3rd formulerar publicerades i Augusti 2008) för att bestämma närmare detalj värmer kapacitet vid sinusformig modulerad differentiell scanningcalorimetry för temperatur. Fungeringsen spänner av testar definieras för att vara mellan -100°C och 600°C.

För att finna ut, om denna metod kan också appliceras till högre temperaturer, utfördes en mätning på safir med isothermal kliver (30 noterar varje), på 600°C, 700°C, 800°C och 900°C (se Fig. 6).

Figurera 6. TM--DSCmätning på safir (uppvärmning klassar: 5 K/min, period: 60-tal amplitud: 0,5 blått för K): safir som tar prov, rött: safir som standard

Utvärderingstillvägagångssättet för sådan testar är redan inklusive i NETZSCH-Proteusprogramvaran. De beräknade resultaten visas i Fig. 7 samman med den teoretiska cpen buktar för safir, redan lagrat i programvaran.

Figurera 7. Närmare detalj värmer beslutsamhet på safir - jämförelse mellan experimentella (kulöra symboler) och teoretiska data (violeten buktar),

Skillnaden mellan det experimentellt och nominalen värderar är inom den givna temperaturen spänner mindre, än 2% och i samma spänner därför av exakthet vad kan uppnås med systemen för DSC 404 eller för STA 449 genom att använda den dynamiska förhållandemetoden eller metoden enligt ASTM E 1269.

Avslutning

TM-DSC som en metod möter sannerligen dess krav av att vara kompetent att avskilja lagt över verkställer i olika fall. Glass övergångar kan avskiljas väl från upplösning, avkoppling, avdunstning, eller förkylning-kristallisering bearbetar. Dessutom är det ett passande bearbetar för att bestämma cp i detisothermal funktionsläget inom åtsittande toleranser. Men, om smältning är involverad, måste det primat av moduleringsparametrarna att tas in i övervägande. Under bestämda omständigheter kan dessa ha en avgörande påverkan på mätningsresultaten för den vända om och non-vända om delen.

Källa: Temperatur-Modulerad Differentiell ScanningCalorimetry (TM-DSC) i den Hög temperaturen Spänner
Författare: Gabriele Kaiser

För mer information på detta källbesök GmbH NETZSCH-Gerätebau.

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

Last Update: 13. June 2013 23:46

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit