Uvidět znamená uvěřit - nová přidaná informace k výsledkům termické a mechanické analýzy

Termická analýza Hitachi nabízí množství vylepšení a originálních řešení pro moderní metody analýzy materiálů pomocí technik DSC (diferenční srovnávací kalorimetrie), STA (simultánní termická analýza), DMA (dynamická mechanická analýza) a TMA (termomechanická analýza).

Získání věrohodných a správných dat

Získání správných a přesných dat je základem každé metody termické analýzy, proto je třeba vždy měřit na kalibrovaných a dostatečně citlivých přístrojích. U metody DSC se jedná zejména o opakovatelnost základní linie, která by měla být co nejlepší. Jelikož jde o základ, na němž stavíme další vyhodnocování, tak hodnoty ≤ 5 µW jsou dnes standardem. Další důležitou hodnotou pro DSC je citlivost přístroje spolehlivě zaznamenat měřený signál tedy tepelný tok. Citlivosti ≤ 0,2 µW lze považovat za dostatečné.

Nyní máme citlivý a stabilní přístroj DSC, plně kalibrovaný a můžeme se pustit do měření. Vložený vzorek do DSC prochází při teplotním skenu mnoha změnami, např. skelným přechodem Tg, entalpickou relaxací, chladnou neboli sekundární krystalizací, táním, dekompozicí… Všechny tyto procesy se dějí v uzavřeném prostoru pícky a musíme se tudíž spoléhat na interpretaci naměřených kalorimetrických dat. Co když ale dojde ke tření vzorku o vzorkovnici vlivem smršťování, co když vzorek náhle změní barvu z důvodu radikálových reakcí a teplotního stárnutí, co když se náhle uvolní nahromaděný plyn uvnitř vzorku? Tyto a další jevy pak mohou vést k zavádějící interpretaci DSC křivky a jediným řešením je mít další přidanou informaci – obrazovou informaci.

Pragolab: Obrázek 1 - Srovnání DSC analýzy PET (horní křivka) a HDPE (dolní křivka)

Pozorovací a záznamová kamera Real View® - objektivní hodnocení barevnosti

Hitachi nabízí řešení v podobě pozorovací záznamové kamery Real View®. Kamera provádí záznam obrazové informace spolu s datovými body a sekvenci obrázků lze přehrát i jako video spolu s průběhem DSC křivky. Jedná se o komplexní systém nově používaných dalších informací z termoanalytických měření, proto lze dále provést analýzu obrazu z hlediska hodnocení změn barevnosti a tvaru vzorku s objektivním vyhodnocením těchto změn.

Pragolab: Obrázek 2 - STA měření PP s nanokrystalickou celulózou z hlediska žloutnutí – nárůst b složky v Lab barevných souřadnicích

Hodnocení barevnosti probíhá ve zvolených barevných koordinátách a změny barevnosti jsou pak vloženy do grafu, jako další data. Mimo hodnocení barevnosti systém Real View® poskytuje záznam změn tvaru vzorku. To je důležité jak pro DSC analýzu (např. smršťování vzorku), ale zejména pak pro mechanickou analýzu DMA a TMA.

Pragolab: Obrázek 3 - Vliv na DMA měření chybným upnutím vzorku do čelistí, projeví se na hodnotě modulu E

Řešení neočekávaných jevů na TGA nebo DSC křivce

Největším přínosem je pak pozorování a záznam chování vzorků v simultánní termické analýze STA, tedy při současném měření DSC, TGA a záznamu obrazové informace. Lze provádět simultánní měření s kamerou až do 1000°C. 

Pragolab: Obrázek 4 - STA analýza lepidla. Vytvrzený vzorek vykazuje neočekávanou dekompozici při 400°C

Pragolab: Obrázek 5 - Obrazový záznam průběhu STA analýzy lepidla – kolem 400°C dochází k uvolnění reakčních produktů – plynů ze vzorku

Rozšíření STA metody na chemicky specifickou analýzu

Máme-li moderní STA analyzátor s dostatečnou stabilitou a opakovatelností základní linie ≤ 10 µg, tak můžeme mimo signálu DSC, TGA, barevných souřadnic a tepelné kapacity Cp také potřebovat vědět, jaká konkrétní chemická látka nám daný jev způsobuje. Za tímto účelem je Nexta STA firmy Hitachi snadno rozšiřitelné o chemicky specifickou analýzu odcházejících plynů pomocí metod spektrální analýzy. Jedná se o infračervenou spektroskopii FTIR a hmotnostní spektroskopii MS.

Pragolab: Obrázek 6 - Interface pro měření simultánně STA-FTIR-MS analýzy. Uprostřed je plynová FTIR cela.

I pokročilé spektrální techniky však někdy nedokážou zcela rozlišit směs odcházejících reakčních produktů v plynné fázi. Použití dedikovaných knihoven FTIR a MS spekter je velice užitečné, ale některé chemicky podobné látky snadno odlišit nelze. Pak můžeme s výhodou požít spojení STA-GC-MS, tedy připojenou separační techniku plynové chromatografie s následnou hmotnostní detekcí.

Pragolab: Obrázek 7 - (A) TGA záznam neznámého vzorku a první derivace TGA. Při teplotě 340°C automaticky odebrán vzorek odcházejícího plynu. (B) Chromatografický záznam, (C) výstup z MS detektoru pro pík antracenu v 31. minutě GC analýzy.

Hitachi – Pragolab péče o zákazníky

Jestliže japonský výrobce Hitachi vnáší do termické analýzy moderní inovativní postupy a zpřístupňuje svým zákazníkům nové oblasti měření, pak Pragolab, jakožto exkluzivní partner pro termickou a mechanickou analýzu Hitachi, poskytuje patřičné zázemí všem zákazníkům. Jedná se zejména o kvalitní servisní a aplikační podporu.