Принцип действия ДСК теплового потока

DSC 204 F1 Phoenix
С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) можно определить
множество разнообразных
величин, характеризующие
свойства веществ и
материалов и представляющих интерес как для теории,
так и для практики. ДСК
позволяет, например,
измерить характеристические
температуры и выделяемое
или поглощаемое тепло
физических процессов или
химических реакций,
происходящих в образцах
твердых тел и жидкостей при
их контролируемом нагреве
или охлаждении.
ДСК является наиболее часто
используемым методом в
термическом анализе.
Быстрота получения
результатов анализа, большое
значение для решения
исследовательских задач и
контроля качества сырья и
продукции, удобство в
обращении обуславливают его
возрастающую роль в
исследовании веществ и
материалов.
Типичные применения ДСК:
 плавлениекристаллизация
 полиморфизм
 фазовые диаграммы
 переходы в жидких
кристаллах
 чистота материалов
Многие стандарты (ASTM, DIN,  кристалличность
ISO,...) могут быть
полукристаллических
использованы в качестве
материалов
руководства для калибровки
 соотношение твердое тело
прибора, а также для
– жидкость
специальных применений,
 фазовые переходы в
ориентированных на особые
твердом теле
материалы, продукцию, или
 переходы стеклования
для оценки полученных
 удельная теплоемкость
результатов и их
 структурообразующие
интерпретации.
реакции
 окислительная
стабильность
 начало разложения
 совместимость
DSC 204F1 Phoenix
Новая платформа для всех применений
дифференциальной сканирующей
калориметрии от –180°C до 700°C
1
Принцип действия ДСК теплового потока
или, если в образце происходит
поглощение или выделение
тепла, т.е. изменение тепловых
потоков вследствие фазовых
переходов или реакций, то все
это приводит к возникновению
температурного градиента на
термическом сопротивлении
сенсора, являющимся хорошим
проводником. Чувствительные
температурные сенсоры
регистрируют эти градиенты и
измеряют, таким образом, очень
быстро и точно каждое
изменение тепловых потоков.
Такие отклонения во времени
Принцип действия ДСК теплового
отображаются на
потока основан на создании
однородного температурного поля в горизонтальной базовой линии
калориметра в виде
печи калориметра. В сенсоре,
экзотермических или
выполненном в форме диска,
распространяются равные тепловые эндотермических пиков или
потоки, направленные к образцу и к ступеней и образуют кривую
дифференциального теплового
эталону.
Если теплоемкости сторон образца потока.
и эталона различаются
Сменные сенсоры:
-сенсор – это NiCr дисковый сенсор,
обладающий термической и химической
стабильностью. Основными достоинствами
этого сенсора являются большой срок службы,
универсальность в использовании и высокая
чувствительность.
Благодаря высокой проводимости серебряного
покрытия, -сенсор сильно уменьшает
постоянную времени (время отклика сигнала)
при возникновении разницы тепловых потоков,
что приводит к значительно лучшему
разрешению накладывающихся и близко
расположенных эффектов на кривой
калориметра.
Основой конструкции -сенсора является
пластина из специально легированного
кремния, выполненного в виде диска.
Вместе с чувствительным температурным
сенсором -сенсор предлагает уровень
чувствительности, который до сих пор в
калориметрии являлся недостижимым.
2
Программное обеcпечение Proteus
Использование калориметра в
наши дни без компьютерной
поддержки уже просто
немыслимо. Одним из наиболее
законченных программных
решений является Proteus,
который был разработан и
испытан нашими
программистами и
специалистами по
термическому анализу.
Программное обеспечение
Proteus в оболочке Windows,
берет на себя, прежде всего
задачи контроля измерений, их
оценки во время протекания
эксперимента, а также
окончательной обработки
измеренных данных.
Программное обеспечение
обладает структурой,
ориентированной на практику, с
обширным числом примеров и
легко понятной системой
помощи. Программа дает вам
свободу действий при
формулировании своих
индивидуальных оценок, а
также выбор стиля
документации.
Многоточечная (6-12)
калибровка температуры и
энтальпии, а также коррекция
базовой линии во время
работы постоянно связаны с
исходными данными.
Алгоритмы анализа
соответствуют стандартным
процедурам и поэтому могут
быть всегда легко проверены.
Внедрение норм GLP и GMP в
ряде отраслей
промышленности связано со
стремлением производителей
соответствовать
международным стандартам и
нормам. Стандарт GLP - Good
Laboratory Practice Качественная лабораторная
практика (КЛП) - cтандарты, на
основе которых
осуществляется планирование,
проведение лабораторных
исследований и написание
отчётов по их итогам.
Следование этим правилам
обеспечивает достоверность
данных и точную
воспроизводимость
эксперимента в будущем.
Стандарт GMP - Good
Manufacturing Practice Качественная
производственная практика
(КПП) - часть
фармацевтической системы
контроля качества, которая
призвана гарантировать, что
продукция производится в
соответствии со стандартами
качества, назначением и
требованиями спецификации.
3
BeFlat - новое слово в оптимизации базовой линии
Идеальная термическая
симметрия в
дифференциальной
измерительной системе
является важнейшей
предпосылкой для
качественных и высокоточных
измерений. Она часто не
может быть достигнута из-за
причин, связанных с видом
материала или выпускаемой
продукции. Новая, уникальная
подпрограмма BeFlat
позволяет проводить
корректировку расхождений
базовой линии ДСК вследствие
термической асимметрии
путем построения
многомерных полиномов,
зависящих от температуры и
скорости нагрева.
Коэффициенты для
многомерного полинома
извлекаются автоматически
из данных измерений
базовой линии в заданном
температурном интервале.
BeFlat обеспечивает
совершенно
горизонтальную базовую
линию ДСК с минимальными отклонениями в
диапазоне мкВт.
Proteus - основное
программное
обеспечение
Гибкость, разумность,
завершенность
 редактируемая программа
эксперимента
 повторение измерений с
минимальным вводом
параметров
 возможность начала анализа,
при протекающем измерении
 сравнение до 32 кривых
 вычитание кривых
 возможность использования
многих методов (ДСК, ТГ,
ДМА, ТМА и др.)
 Увеличение фрагмента
графика (zoom)
Расширенное программное обеспечение
 представление картинки в
картинке

1ая и 2ая производные
Возрастание информационного  компьютерное

автоматическая оценка
объема измерений ДСК
моделирование
характерных температур
обусловлено постоянным
термических процессов
 комплексные оценки пиков
развитием программного
для прогнозирования
 выбор одной из 5 типов
обеспечения и включением
процессов в
базовой линии
многочисленных уникальных
продукционном масштабе
 многоточечная калибровка
программных модулей:
 ChemRheo,
температуры образца
предоставляет
 многоточечная калибровка
 термокинетика с анализом
термические и
изменений энтальпий
многих кривых при
реологические данные
использовании нелинейной
 калибровка теплоемкости для
 оценка чистоты
регрессии (NLR)
теплового потока
 разделение пиков
 сохранение и экспорт
 мультикомпонентный
оцененных результатов
анализ (PLS)
 экспорт и импорт данных
(ASCII)
 прямой экспорт в
MS Excel
 интегральный сигнал для
представления тв.теложидкость на кривой плавления
 контролируемая сигналом
измерительная процедура
(напр. OIT, остановка
измерений при пороговом
значении)
 автоматическая пересылка
сообщений о состоянии
измерений и окончания
измерений по электронной
почте
 опция для полной
автоматизации измерений
4
DSC 204 F1 Phoenix
Концепция измерительной
камеры калориметра DSC
204F1 Phoenix основывается
на однородном нагревании
дискового сенсора с целью
получения стабильной и
воспроизводимой базовой
линии, на эффективной и
экономичной системе
охлаждения, а также, на
высокой механической и
химической стойкости узлов
прибора, приводящих к
увеличению их срока службы.
Это достигается за счет
помещения сенсора в
цилиндрическую серебряную
печь со встроенной обмоткой
нагрева и серебряными
крышками сверху и снизу
сенсора, за счет обеспечения
хорошего соединения
механического охлаждения и
альтернативного охлаждения
жидким азотом или воздухом,
за счет снижения инертности
печи, и за счет использования
прочных металлов для основы
печи и сенсоров теплового
потока.
Идеальная изоляция и поток
защитного газа позволяют
проводить непрерывные
измерения при низких
температурах без
образования «ледяной шубы»
на корпусе измерительной
камеры.
Герметичная конструкция
измерительной камеры ДСК
позволяет проводить
измерения при очень чистых
атмосферах определенного
газа.
Встроенная, калибрированная
система обеспечивает точный
непрерывный контроль газовых
потоков и их автоматическое
переключение.
Смена сенсора на месте
обеспечивает возможность
оптимальной конфигурации
прибора и его эффективность
при предстоящих измерениях,
а также на перспективу.
5
DSC 204 F1 Phoenix
Альтернативные методы
охлаждения
Благодаря широкому
температурному интервалу и
эффективности охлаждения
прибор DSC 204 F1 Phoenix с
системой механического
охлаждения является
оптимально оснащенным для
подавляющего большинства
применений. Прибор в силу
этого полностью независим от
каких-либо проблем с жидкими
охладителями и готов к
использованию в любое
время.
Для проведения измерений
при температурах ниже –85°C
DSC 204 F1 Phoenix с
конфигурацией для
охлаждения жидким азотом, со
стартовой температурой
-180°C является другим
решением для точных
измерений ДСК в области
низких температур.
лаборатории, либо из
баллона, либо использование
мембранного компрессора).
В этом случае стоимость
оборудования значительно
ниже. Все охлаждающие
системы управляются
программным обеспечением в
соответствии с заданной
температурной программой
калориметра.
Если рабочий интервал
температур начинается с
комнатной, то возможна
конфигурация прибора с
воздушным охлаждением
(сжатый воздух из магистрали
DSC 204 F1 Phoenix ASC
Устройство автоматической смены образца на 64 пробы
надежно перемещает различные типы тиглей и может также
переставлено на TG 209 F1 Iris самим пользователем.
Возможно дополнительное устройство для перфорации
алюминиевых тиглей.
6
DSC 204 F1 Phoenix
Гибкость и универсальность
прибора DSC 204 F1
поддерживается, кроме того,
большим ассортиментом
тиглей. Выберите тигель, у
которого форма, материал и
метод закрывания идеально
подходят для вашей
исследовательской задачи.
Предлагаются тигли различных
размеров: металлические, из
драгоценных металлов,
графита, кварцевого стекла и
оксида алюминия. Если
образцы необходимо
освободить от влияния
окружающей атмосферы или,
если необходимо, чтобы
выделяющиеся газы из
образцов не выходили из тигля,
то алюминиевые тигли могут
быть герметично закрыты с
помощью настольного пресса.
Для измерения при
возрастающем давлении до 100
бар используются
многоразовые, стальные
титановые автоклавные тигли.
Воспроизводимая
герметичность этих тиглей при
разнообразных условиях,
использования, достигается за
счет применения специального
инструмента для завинчивания
крышек тиглей с
уплотнительными кольцами.
7
Применения
Полимеры
Полиэтилентерефталат (PET) –
полукристаллический термопласт с
относительно медленной скоростью
кристаллизации. В экспериментах ДСК
отчетливо наблюдаются различные
уровни аморфности (Tg 75-85°C) и
кристалличности (перекристаллизация
146°C, плавление 242°C). Образцы
охлаждались на приборе DSC 204 F1
устройством механического
охлаждения от состояния плавления с
различными скоростями.
Возможность определения удельной
теплоемкости для большинства
различных материалов является
одной из важных задач ДСК. Средняя
ошибка < 2% была достигнута с
эталоном NIST 705a, представляющим
собой полистирол с узким
распределением молекулярных масс.
Применялись различные методы
анализа, скорость нагрева составляла
10 К/мин.
Часто информацию ДСК о
накладывающихся пиках плавления
невозможно использовать
непосредственно для процессов
термической обработки. Интегральный
анализ программного обеспечения
Proteus позволяет проводить точные
измерения поведения тв.теложидкость при любой температуре.
Сравнение двух смесей PE-PP
показывает, что один образец
расплавлен на 80% уже при 143°C;
другой только при 163°C.
8
Применения
Параметры процессов старения
пластмасс могут быть
рассчитаны в ДСК с помощью
стандартных анализов в
атмосфере кислорода (O.I.T.). На
примере показаны два образца
акрилонитрил-бутадиенстирола
(ABS); окислительное
индукционное время O.I.T.
измеренного образца составило
86.8 с, что составляет примерно
только половину значения
чистого эталона (165.4 с).
Металлы
Для анализа современных
металлических сплавов очень
важно хорошее разделение
пиков плавления отдельных
компонент сплава. Здесь
показаны измерения,
проведенные над алюминиевым
сплавом на приборе DSC 204 F1
с -сенсором, обеспечивающим
прекрасное разделение пиков в
области плавления от 510°C до
650°C.
Продукты питания
Система сахар-вода очень важна
в пищевой промышленности и
фармацевтике. Кроме главной
компоненты, состоящей из
разных типов сахара,
натуральный мед содержит
также до 17% воды. Аморфная
структура системы сахар-вода
очевидна ввиду присутствия
низкотемпературного перехода
стеклования при –44°C.
9
Фармацевтика
Сорбитол используется в
качестве заменителя сахара во
многих сладостях, диетических
продуктах и лекарственных
препаратах. 5.5% доля воды в
безводном сорбитоле вызывает
сдвиг перехода стеклования
от –1.7°C до –25.6°C. Оба
образца остаются совершенно
аморфными при быстром
охлаждении после нагрева до
состояния плавления. При
медленном охлаждении
расплавленного сорбитола может
происходить частичная
кристаллизация.
Литература по применениям




„Focus on Thermal
Analysis for Polymers“
„Focus on Thermal
Analysis for Paints“
“TA for Polymer
Engineering”:
NETZSCH Annuals for
Science and Industry I,
II, III
NETZSCH Annual 2000:
“Thermoanalytical
Characterization of
Pharmaceuticals”
10
DSC 204 F1 Phoenix Технические данные
Температурный диапазон:
25 …700 оС
c воздушным
охлаждением,
-85 ... 600°C
с механическим
охлаждением,
-180 ... 700°C
с охлаждением жидким
азотом.
Скорость нагревания:
0.01 до 100 К/мин
Скорость охлаждения:
0.01 до 100 К/мин (зависит от
системы охлаждения)
Чувствительность прибора
< 0.1 мкВт (в зависимости от типа
сенсора)
Постоянная времени прибора:
0.6 с до 3 с (в зависимости от сенсора)
Встроенное устройство
контроля двух потоков
продувочного газа и
защитного газа, работающее
под управлением
программного обеспечения
Устройство автоматической смены
образцов (автосэмплер). 64 тигля с
образцами и эталоном на одной
карусели. Возможно применение
разных форм тиглей.
Унифицированная платформа для ДСК и ТГ
TG 209 F1 Iris
Единый дизайн и конструкция,
единый блок электроники, единое
устройство смены образцов
(автосэмплер), как у
DSC 204 F1 Phoenix
Термический Анализ –
NETZSCH-Geraetebau GmbH
 Полный комплект приборов для программ
Термического Анализа и Термофизических
свойств (ДСК, ДТА, ДМА, ТМА, дилатометрии,
сопряжений с масс-спектрометром и ИК-Фурье
спектрометром, теплопроводности,
температуропроводности и т.д.
 Программное обеспечение
 Сервис по применениям
 Лаборатория для проведения договорных
измерений
 Технический сервис
Germany
Wittelsbacherstrasse 42,
95100 Selb
Phone: +49 / 9287 / 881- 0
Fax:
+49 / 9287 / 88144
e-mail: [email protected]
Россия
117313, Россия, Москва,
Ленинский пр-т 95а, к.641
Тел. (095) 936-26-26, 760-35-57
Факс: (095) 132-47-00
e-mail:
[email protected]
www.ngb.netzsch.com
11