TOPEM - تقنية متقدمة لكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة

الشريحة 0: TOPEM – تقنية معدلة الحرارة جديدة

سيداتي وسادتي،

مرحباً بكم في هذه الندوة حول تقنيات المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة.

وأود أن أركز على وجه الخصوص على إحدى تقنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة الجديدة المثيرة، والتي نسميها TOPEM. وقد تم تطوير هذه التقنية وتسجيلها بواسطة METTLER TOLEDO.

الشريحة 1: المحتويات

أولاً، أود أن أشرح لماذا تُعد تقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة مفيدة للغاية. ثم سأقدم بعد ذلك نظرة عامة على تقنيات مختلفة لتقنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة، كما سأتناول تقنية TOPEM بمزيد من التفصيل. وبعد الخلفية النظرية، سأناقش عدة أمثلة توضح نوع الأسئلة التي يمكن أن تجيب عليها تقنية TOPEM.

الشريحة 2: لماذا نستخدم تعديل درجة الحرارة؟

دعوني أبدأ ببضع ملاحظات حول الأسباب المحتملة لاستخدام كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة.

حيث تعرض الشريحة منحنى DSC لعينة من البولي إيثيلين تريفثاليت تم تسجيلها بمعدل تسخين قدره 10 درجات لكل دقيقة. ويعرض المنحنى تدفق الحرارة الصافي داخل وخارج العينة. وفي قاموس مصطلحات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة، يُشار إلى هذا الشكل من تدفق الحرارة على أنه تدفق الحرارة الإجمالي. ومن الناحية الفيزيائية، يتكون إجمالي تدفق الحرارة من جزأين، هما تدفق الحرارة الملموس وتدفق الحرارة الكامن. حيث يرتبط التدفق الحراري الملموس بالتغيرات التي تحدث في درجة حرارة العينات ومن ثمَّ القدرة على اختبار السعة الحرارية. بينما في المقابل، يرتبط تدفق الحرارة الكامن بالتغييرات الهيكلية التي تحدث في العينة.

ويوضح منحنى تدفق الحرارة ثلاثة أحداث حرارية: التزجج، والبلورة على البارد، والذوبان. وتنطوي جميع العمليات الثلاث على كل من الحرارة الملموسة والكامنة.
وعلى سبيل المثال، تحدث الخطوة في المنحنى عند التزجج نتيجة للتغير في السعة الحرارية للعينة وتناظر تدفق الحرارة الملموس، في حين أن سبب تشكل القمة المتراكبة على الخطوة يرجع إلى انحلال المحتوى الحراري وتناظر تدفق الحرارة الكامن.
ولا يمكن فصل مكونات تدفق الحرارة باستخدام تقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي التقليدية. إلا أن تقنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة تجعل فصلها أمرًا ممكنًا.

الشريحة 3 كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة (TMDSC)

تُعد برامج درجات الحرارة المستخدمة في تقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة أكثر تعقيداً مقارنة بالبرامج المستخدمة في تجارب كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي التقليدية. حيث ينتج تحليل تدفق الحرارة الناتج ما يسمى بتدفق الحرارة المنعكس وتدفق الحرارة غير المنعكس. ودائمًا ما يكون التدفق الحراري الكلي عبارة عن مجموع تدفق الحرارة المنعكس وتدفق الحرارة غير المنعكس، ويناظر تدفق الحرارة المقيس في إحدى تجارب كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي التقليدية.

ويسمح فصل تدفق الحرارة الكلي إلى مكونات تدفق الحرارة المنعكس وغير المنعكس بفهم وتفسير الأحداث الحرارية المختلفة التي تحدث في العينة. وكذلك، يمكن فصل الآثار المتداخلة. فمثلاً في نظام الراتنج المعالج جزئياً، يمكن فصل التزجج عن تفاعل المعالجة الللاحقة.

تقدم METTLER TOLEDO ثلاث تقنيات مختلفة لإجراء قياسات DSC معدلة الحرارة. وهي معروفة باسم IsoStep وADSC وTOPEM.

وتلخص الشرائح التالية أهم ميزاتها.

الشريحة 4 المناهج المختلفة

تقدم الشريحة نظرة عامة على برامج درجات الحرارة المستخدمة في تجارب IsoStep وADSC وTOPEM.
حيث تختلف التقنيات الثلاث في نوع برنامج درجة الحرارة المستخدم للقياس.

ففي تقنية IsoStep،  يتكون البرنامج من سلسلة من القطاعات متساوية الحرارة وقطاعات التسخين المتناوبة. ويتم استخدام البيانات الصادرة عن قطاعات التسخين لتحديد التغير في السعة الحرارية وبالتالي تدفق الحرارة المنعكس. أما البيانات الصادرة عن الأجزاء متساوية الحرارة فتعطي تدفق الحرارة غير المنعكس.

وفي تقنية ADSC، يتم تركيب معدِّل درجة حرارة جيبي صغير على برنامج درجة الحرارة الخطية. ويتميز المُعدِّل بسعته وفترة عمله أو تردده. ويتسبب برنامج درجة الحرارة الناتج في تغير تدفق الحرارة بطريقة جيبية. وينتج المتوسط المستمر لتدفق الحرارة على مدى دورة واحدة ينتج التدفق الحراري الكلي الناتج عن معدل التسخين الأساسي. ويتم تحديد تدفق الحرارة المنعكس من سعة تدفق الحرارة المعدل ومعدل التسخين المعدل. ومن خلال الفرق بين تدفق الحرارة الإجمالي وتدفق الحرارة المنعكس نستنتج تدفق الحرارة غير المنعكس.

في تقنية TOPEM، يُغطى قطاع التسخين الطولي الجانبي الخطي بتشويش درجة حرارة غير دوري يتكون من سلسلة من نبضات درجات الحرارة ذات أطوال مختلفة وشدة محددة. وقبل أن نناقش تقنية TOPEM بمزيد من التفصيل، دعونا نلقي نظرة على النظرية الأساسية لكالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة.

الشريحة 5 نظرية TMDSC

كما أوضحت سابقًا، فمن الناحية الفيزيائية، يتألف تدفق الحرارة الإجمالي من تدفق الحرارة الملموس والتدفق الكامن. إلا أن تجربة كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة تؤدي إلى إنتاج تدفقات حرارية منعكسة وغير منعكسة. وفي ظل ظروف شبه ساكنة، مثل الوجود في تجربة IsoStep مثالية، يتوافق تدفق الحرارة المنعكس مع تدفق الحرارة الملموس، وتدفق الحرارة غير المنعكس مع تدفق الحرارة الكامن.

وفي تجارب ADSC، يحدث التعديل عند تردد معين. وفي هذه الحالة، لا تكون العبارات "تدفق الحرارة المنعكس يساوي تدفق الحرارة الملموس" و"تدفق الحرارة غير المنعكس يساوي تدفق الحرارة الكامن" صالحة بشكل عام. ومع ذلك، فإن اعتماد التردد على التدفقات الحرارية المقيسة يتيح لنا الخروج باستنتاجات حول ديناميكيات العمليات التي تحدث. ولدراسة الاعتماد على التردد باستخدام تقنية ADSC، يتعين علينا إجراء تجربة فردية لكل تردد من الترددات المعنية.

كما تتمتع تقنية TOPEM بميزة هائلة: فهي تسمح لك بالتمييز بين تدفقات الحرارة الكامنة والملموسة، وفي الوقت نفسه دراسة اعتماد التردد ومن ثم ديناميكيات العمليات. ولكي نفهم كيف يمكن تحقيق ذلك، يجب علينا الآن أن نلقي نظرة عن قرب على المبادئ التي تستند إليها تقنية TOPEM.

الشريحة 6 مبادئ TOPEM

لنفترض أننا نريد قياس الخصائص الحرارية لإحدى العينات. فنحن نحتاج إلى جهاز لتنفيذ ذلك، وهو في حالتنا هذه كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC). وتحتوي نتيجة القياس على معلومات حول العينة وحول خصائص الجهاز. ولكن ليس من السهل فصل هذين النوعين من المعلومات. ومن أجل إجراء القياس، نحتاج إلى إشارة دخل تسمح لنا بالحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات عن النظام. ويُعد تعديل درجة الحرارة العشوائي المستخدم في تقنية TOPEM وسيلة ممتازة للقيام بذلك: حيث يتكون مُعدِّل درجة الحرارة من نبضات عشوائية قصيرة ذات ارتفاع نبض محدد يتم فرضه على برنامج تسخين أساسي بطيء نسبيًا. وهذا يؤدي إلى إنتاج إشارة خرج لتدفق الحرارة، والتي تبدو صاخبة جدًا. حيث تحتوي الإشارة في الواقع على جميع المعلومات اللازمة حول سلوك تردد النظام.
ويحلل التقييم الحسابي العلاقة بين معدل التسخين وتدفق الحرارة المقيس. وينتج عن ذلك تدفق الحرارة المنعكس وغير المنعكس، بحيث يتم قياس تدفق الحرارة غير المنعكس مباشرة، وذلك على النقيض من تقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي المتناوب (ADSC).

الشريحة 7 مبادئ TOPEM

يتم تحديد خصائص السلوك الديناميكي للنظام بالكامل باستخدام دوال حسابية. حيث تصف هذه الدوال استجابة التردد للنظام عند درجة حرارة معينة أو وقت معين.  

الشريحة 8 مبادئ TOPEM

يتم تحديد استجابة تردد النظام في نافذة يحددها المستخدم. حيث يسمح ذلك بتحديد التدفق الحراري المنعكس وغير المنعكس وتدفق الحرارة الإجمالي، والسعة الحرارية المعتمدة على التردد وشبه الساكنة لتلك النافذة تحديدًا عند درجة الحرارة أو الوقت المعينين. ثم تنتقل النافذة عبر مجموعة كاملة من بيانات القياس. وهذا ينتج تدفقات الحرارة والسعات الحرارية كدالة لدرجة الحرارة أو الوقت. وتتم عملية التقييم بالكامل تلقائيًا.

الشريحة 9 عملية قياس TOPEM

تلخص هذه الشريحة عملية قياس وتقييم تقنية TOPEM.

في الخطوة 1، يتم قياس منحنى درجة الحرارة المعدلة عشوائيًا وتدفق الحرارة الناتج. في الخطوة 2، يتم تحديد خصائص النظام فيما يتعلق بسلوك التردد الخاص به.

ثم يتم حساب السعة الحرارية شبه الساكنة، وتدفق الحرارة المنعكس وغير المنعكس والإجمالي في الخطوة 3. ويتم تحديد تدفق الحرارة المنعكس وغير المنعكس في ظل ظروف شبه ساكنة، مما يعني أنها تتوافق مع التدفقات الحرارية الملموسة والكامنة.
وإذا لزم الأمر، يمكن أيضًا تحديد السعة الحرارية المعقدة لأي تردد معين في الخطوة الرابعة.  

الشريحة 10 البولي ايثيلين تيريفثاليت عبر تقنية TOPEM

توضح هذه الشريحة قياس البولي ايثيلين تيريفثالات باستخدام تقنية TOPEM.
حيث يمثل المنحنى الأعلى تدفق الحرارة المقيس. أما المنحنى الموجود بالأسفل فيمثل السعة الحرارية شبه الساكنة. ويظهر المنحنى زيادة شبيهة بالخطوة عند التزجج بالقرب من 80 درجة مئوية. وتبدأ البلورة على البارد بالقرب من 110 درجة مئوية. ويرافق ذلك انخفاض في السعة الحرارية لأن السعة الحرارية للطور السائل أكبر من تلك الخاصة بالمادة شبه البلورية.
ويمكن استخدام منحنى الطور لتحديد مكوني السعة الحرارية المعقدة.

وتعرض المنحنيات السفلية تدفق الحرارة الإجمالي وغير المنعكس والمنعكس.

وعادة ما يُلاحظ انحلال المحتوى الحراري في منحنيات تدفق الحرارة غير المنعكس والإجمالي. وفي هذا المثال، نلاحظ أن التأثير ضعيف جدًا ويصعب رؤيته.

حيث لا نلاحظ القمة الناتجة عن البلورة على البارد إلا في منحنيات تدفق الحرارة غير المنعكس والإجمالي.

الشريحة 11 البولي ايثيلين تيريفثاليت عبر تقنية TOPEM

تظهر هذه الشريحة الثانية لمادة البولي إيثيلين تيريفثاليت منحنى السعة الحرارية بمزيد من التفصيل. حيث يمكن رؤية التزجج بوضوح مع نقطة منتصف عند 77 درجة؛ وتحدث البلورة على البارد بالقرب من 115 درجة.
وكما هو متوقع، فإن التزجج يعتمد بشكل واضح على التردد، في حين أن البلورة على البارد تكون مستقلة عن التردد.

الشريحة 12 مقارنة الطرق

تقدم هذه الشريحة نظرة عامة على تقنيات كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة المختلفة. وتفصل التقنيات الثلاث تدفق الحرارة إلى مكونات تدفق حرارة منعكس وغير منعكس.
وتُعد التقنية الأبسط هي IsoStep. حيث يتم فيها فصل مكونات تدفق الحرارة في ظل ظروف شبه ساكنة. وتستخدم تقنية IsoStep الياقوت كمعيار لتحديد قيم السعة الحرارية الدقيقة.

وفي تقنية ADSC، يسمح فصل تدفق الحرارة الإجمالي إلى تدفق حرارة منعكس وغير منعكس بتمييز التأثيرات المتداخلة المختلفة عن بعضها.
أما في تقنية TOPEM، فتتوافق تدفقات الحرارة المنعكسة وغير المنعكسة مع تدفقات الحرارة الملموسة والكامنة. وهذا يؤدي إلى فهم أفضل لنتائج القياس. كما يمكن أيضًا فصل الآثار الحرارية المتداخلة عن بعضها. وفي نفس الوقت، تنتج تقنية TOPEM معلومات حول سلوك التردد وبالتالي عن ديناميكيات العمليات الحرارية. كما توفر تقنية TOPEM قيم السعة الحرارية الأكثر دقة بالمقارنة مع جميع التقنيات الأخرى، بما في ذلك تقنية DSC المتعارف عليها.

الشريحة 13 الصناعات والاستعمالات

هناك العديد من الاستعمالات الممكنة لتقنية TOPEM في جميع الصناعات تقريبًا. ويعرض الجدول نظرة عامة على التأثيرات المحتملة التي يمكن دراستها باستخدام تقنية TOPEM.

فمثلاً في صناعات السيارات والفضاء والإلكترونيات، تُعد المعلومات الدقيقة المتعلقة بتفاعلات المعالجة أمرًا بالغ الأهمية. حيث يمكن في هذه الصناعات استخدام تقنية TOPEM لفصل عمليات التزجيج عن عمليات التفاعل. وفي صناعة المستحضرات الدوائية، تتمثل الاستعمالات النموذجية في سلوك الذوبان والتبلور، والتحولات متعددة الأشكال، وتأثير الرطوبة.

وأود الآن تقديم العديد من أمثلة الاستعمالات المختلفة التي توضح قوة تقنية TOPEM وتعدد استعمالاتها.

الشريحة 14 TOPEM الاستعمال 1

تعرض هذه الشريحة قياسات أجريت على مادة دوائية في شكل مسحوق. حيث تتجمع الجزيئات في بعض الأحيان بسبب تأثير الرطوبة. وهذا بالطبع يتداخل مع خطوة الإنتاج التالية. ويمثل المنحنى الأسود في الرسم البياني السفلي تدفق الحرارة الإجمالي. حيث يتكون من تأثير ماص للحرارة واسع مفروض عليه اثنين قمتين صغيرتين. ولا يكون أصل هاتين القمتين واضحًا على الفور.

حيث تنتج تقنية TOPEM السعة الحرارية شبه الساكنة أولاً. وهذا يمثله المنحنى الأحمر المبين في المخطط العلوي. فعند حوالي 60 درجة، توجد خطوة في السعة الحرارية. وهذا يحدد خصائص تزجج المادة. وقد نتجت القمم الموجودة عند درجة الحرارة هذه في منحنيات تدفق الحرارة الإجمالي وغير المنعكس عن انحلال المحتوى الحراري.
وبعد التزجج، تقل السعة الحرارية بسبب زيادة تبخر الماء. ويظهر منحنى السعة الحرارية قمة صغيرة تتراوح بين 120 و130 درجة بسبب عملية ذوبان.

وفي هذه العينة، يعمل وجود الرطوبة كملدن ويخفض درجة حرارة التزجج مما يجعل المسحوق متكتلًا.

الشريحة 15 TOPEM الاستعمال 2

توضح هذه الشريحة تفاعل المعالجة الحرارية المتوازنة لراتنج إيبوكسي المجراة عند درجة حرارة 80 درجة. بينما يوضح الرسم البياني السفلي منحنى تدفق الحرارة الإجمالي. وهذا يوضح مسار التفاعل. وبالرغم من أننا لا نعرف ما إذا كان التفاعل قد انتهى أم لا.
فإن تقنية TOPEM توفر لنا معلومات إضافية. ويظهر منحنى السعة الحرارية شبه الساكنة في الرسم التخطيطي العلوي. ففي أوقات التفاعل القصيرة، تكون السعة الحرارية عالية نسبيًا. وبين 70 و120 دقيقة، تتناقص في إحدى الخطوات. ولكن ما سبب هذه الخطوة؟ دعوني أشرح لكم:

في بداية التفاعل، يكون الراتنج سائلاً. وعند زيادة التشابك، تتحول درجة حرارة التزجج إلى درجات حرارة أعلى. وبعد حوالي 70 دقيقة، تكون درجة حرارة التزجج هي نفس درجة حرارة التفاعل. وهذا يعني أنه خلال التفاعل المتساوي الحرارة، تتغير العينة من الحالة السائلة إلى الحالة الزجاجية، أو كما نقول، تتزجج العينة. ويُسمى الوقت الذي يستغرقه حدوث هذا الأمر زمن التزجيج. والذي يستغرق حوالي 86 دقيقة في هذا المثال.

فأثناء التزجيج، يتباطأ معدل التفاعل بشكل كبير. والسبب في ذلك هو أنه في الحالة السائلة، يكون التفاعل تحت السيطرة الكيميائية، بينما يخضع لسيطرة الانتشار في حالة الزجاجية. وبسبب الحركة الجزيئية المحدودة في الزجاج، يتوقف التفاعل عمليًا ولا يحدث أي تشابك آخر. وفي ظل هذه الظروف، لا تتم المعالجة التامة للراتنج.

الشريحة 16 TOPEM الاستعمال 3

في الممارسة العملية، تكون المعالجة غير الكاملة نتيجة التزجيج أحد أكثر أسباب الفشل المتكرر في المواد المركبة. ففي حالة تسخين المادة غير المعالجة بشكل غير كامل في كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC)، نلاحظ حدوث ما يسمى بقمة المعالجة اللاحقة بعد التزجج مباشرةً. ونتيجة لذلك، يستحيل في كثير من الأحيان رؤية التزجج في قياس كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي العادي (الممثل بالمنحنى الأخضر هنا). وهذا أيضًا يصعب من تحديد المحتوى الحراري للمعالجة اللاحقة، ومن ثمَّ الدرجة الأصلية للمعالجة.

بينما في قياس TOPEM، يكون التزجج مرئيًا بوضوح عند حوالي 210 درجة في منحنى تدفق الحرارة المنعكس. ومن ثمَّ، فإن القمة الصغيرة الموجودة في منحنيات تدفق الحرارة غير المنعكس والإجمالي تنتج عن تفاعل المعالجة اللاحقة. حيث يمكن تقييم هذه القمة واستخدامها لمراقبة الجودة.

الشريحة 17 TOPEM الاستعمال 4

يمكن أيضًا دراسة ذوبان البوليمرات مثل البولي بروبلين باستخدام تقنية TOPEM. ويجب إجراء هذه القياسات باستخدام ارتفاعات نبضية صغيرة جدًا ومعدلات تسخين منخفضة.
ويمكننا ملاحظة الذوبان القابل للانعكاس في منحنى تدفق الحرارة المنعكس بين 140 و170 درجة. وهذا يتوافق مع الذوبان في ظل ظروف التوازن.

حيث يمثل المنحنى الأحمر تدفق الحرارة غير المنعكس. فهو يصف الذوبان غير القابل للانعكاس، أي ذوبان البلورات فائقة التسخين محليًا. وتحدث عمليات الصهر من حوالي 160 درجة فصاعدًا. وقبل ذلك، نلاحظ تبلورًا طاردًا للحرارة بين 150 و160 درجة. حيث تتم عمليات إعادة التنظيم في المادة في هذا النطاق لدرجات الحرارة.

الشريحة 18 TOPEM الاستعمال 5

لا تتمتع البوليمرات سلوك ذوبان معقد فحسب. وتوضح هذه الشريحة السلوك الطوري لمحلول سكروز وماء يحتوي على 40% من السكروز. حيث تم تبريد العينة من درجة حرارة الغرفة إلى سالب 100 درجة بمعدل درجتين في الدقيقة. وخلال هذه العملية، تتشكل بلورات الثلج ويتحول محلول السكروز والماء إلى مادة زجاجية.
وعند تسخين العينة، نلاحظ أولاً وجود تزجج عريض في منحنى تدفق الحرارة المنعكس عند حوالي سالب 45 درجة. ويمكن رؤية قمة ماصة للحرارة صغيرة بسبب انحلال المحتوى الحراري في منحنى تدفق الحرارة غير المنعكس عند نفس درجة الحرارة تقريبًا.

وبعد التزجج، تنفصل كميات صغيرة من الماء عن محلول السكر والماء. وقد تم رصد هذه العملية كقمة طاردة للحرارة صغيرة عند حوالي سالب 37 درجة في منحنى تدفق الحرارة غير المنعكس. ويتبع ذلك ذروة ماصة للحرارة، والتي يرجع سببها إلى ذوبان بلورات صغيرة غير مستقرة.

وفي منحنى تدفق الحرارة المنعكس، تصبح بداية قمة الذوبان الرئيسية ظاهرة بعد التزجج. حيث تذوب أولاً بلورات الثلج الصغيرة في محلول الماء والسكر. وتكون المادة في حالة من الاتزان بحيث تكون عملية الذوبان مرئية فقط في منحنى تدفق الحرارة المنعكس. ويوضح هذا المثال كيف يمكن استخدام تقنية TOPEM لدراسة حركية التبلور بعد التزجج.

الشريحة 19 TOPEM الاستعمال 6

تعرض هذه الشريحة مثالًا تم فيه استخدام تقنية TOPEM لفصل العمليات المتداخلة في عينة من البوليسترين تحتوي على مادة رغوية. ونلاحظ في قياس كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي التقليدي قمتين ماصتين للحرارة عند حوالي 60 و110 درجة.
ويوفر قياس TOPEM مرة أخرى معلومات إضافية. ويوضح الرسم البياني السفلي منحنى السعة الحرارية مع عملية تزجج عند حوالي 55 درجة. ومن 90 درجة فصاعدًا، تقل السعة الحرارية قليلاً. وهذا يرجع إلى إطلاق جزئي للمادة الرغوية. ويحتوي منحنى تدفق الحرارة غير المنعكس على قمة بسبب انحلال المحتوى الحراري متبوعة بقمة ماصة للحرارة بسبب فقدان المادة الرغوية. حيث تسمح لنا هذه المعلومات بتفسير منحنى DSC التقليدي. ويناظر التأثير الأول عملية التزجج مع انحلال المحتوى الحراري، بينما تناظر القمة الثانية تبخر المادة الرغوية. وترجع اختلافات درجات حرارة القمة بين القياسات التقليدية وقياسات TOPEM إلى معدلات التسخين المختلفة.

الشريحة 20 TOPEM الاستعمال 7

نظرًا لمبدأ القياس، تُعد تقنية TOPEM أكثر حساسية من تقنية DSC التقليدية. ويتضح ذلك في الشريحة التي تعرض قياسات البوليمر الذي يفترض أن يحتوي على عمليتي تزجج.
ويعرض منحنى DSC التقليدي عملية تزجج عند حوالي 5 درجات. ومن الممكن الشك في وجود حدث حراري آخر عند 70 درجة تقريبًا. إلا أن هذا الأمر غير مؤكد تمامًا.
ومع ذلك، يكشف مقياس TOPEM بوضوح عن عملية تزجج ثانية عند 70 درجة بالإضافة إلى عملية التزجج الموجودة عند 5 درجات. وهذا يدل على أن الأحداث الحرارية الضعيفة يمكن ملاحظتها وتحديدها باستخدام تقنية TOPEM.

الشريحة 21 TOPEM الاستعمال 8

تعرض هذه الشريحة قياسات التبريد التي أجريت على مادة تتكون من بوليمرين مختلفين. ويبين منحنى DSC التقليدي قمة تبلور في النطاق الممتد من موجب 10 درجات إلى سالب 20 درجة. وفي قياس TOPEM، نلاحظ وجود عملية التبلور في منحنى تدفق الحرارة غير المنعكس وعملية التزجج في منحنى تدفق الحرارة المنعكس. ولا يمكن رؤية عملية التزجج الواسعة إلى حد ما في تجربة DSC التقليدية نظرًا لأنها تتداخل مع عملية التبلور.

الشريحة 22 TOPEM الاستعمال 9

تظهر التحولات الطورية الخالصة من الدرجة الثانية تغيرًا في السعة الحرارية فقط. وهذا يعني أنه من المفترض ملاحظتها فقط في منحنى تدفق الحرارة المنعكس. وبالتالي، تُعد قياسات التحول الطوري من الدرجة الثانية طريقة ممتازة للتحقق من كيفية فصل تدفق الحرارة إلى تدفقات حرارة ملموسة وكامنة.

وتوضح الشريحة النتائج التي تم الحصول عليها للتحول الصلب-الصلب لنترات الصوديوم عند 275 درجة. حيث نلاحظ وجود عملية التحول الطوري من الدرجة الثانية في منحنى تدفق الحرارة المنعكس فقط. وبالتالي يمكن تفسير تدفق الحرارة المنعكس على أنه تدفق ملموس للحرارة.

الشريحة 23 ملخص ميزات تقنية TOPEM

ما الاستنتاجات التي يمكننا استخلاصها من كل هذا؟

في قياس واحد، يمكن لتقنية TOPEM أن تنتج معلومات حول السعة الحرارية شبه الساكنة وعن اعتماد السعة الحرارية على التردد في نفس الوقت.

حيث تُعد تقنية TOPEM هي الطريقة التي تعطي القيم الأكثر دقة للسعة الحرارية للمواد من بين طرق تقنية DSC.

وذلك لأن قياسات TOPEM توفر حساسية ودقة عالية. كما يمكن تحليل الأحداث الحرارية الضعيفة بدقة ممتازة لدرجة الحرارة.

وكذلك تعمل طريقة TOPEM على فصل تدفق الحرارة الإجمالي إلى تدفق حرارة منعكس وغير منعكس. ومن الناحية الفيزيائية، يتوافق هذان التدفقان الحراريان مع تدفقات الحرارة الملموسة والكامنة. وهذا يسمح بالفصل بين العمليات المتداخلة.

الشريحة 24 ملخص ميزات تقنية TOPEM

يمكن استخدام قياسات TOPEM للتحقق من اعتماد التأثيرات الحرارية على الترددات. ويُعد الاعتماد على التردد إحدى الوسائل المساعدة المهمة لتفسير نتائج القياس.

وتعتمد تقنية تقييم TOPEM على PEM، وهي إحدى طرق تقدير المعلمات. وهذا يستبعد إلى حد كبير التأثير المحتمل للأجهزة على نتيجة القياس.
حيث تُستخدم السعة الحرارية شبه الساكنة كمنحنى مرجعي داخلي لتحديد السعة الحرارية المعتمدة على التردد. وهذا يمكّننا من تحديد السعة الحرارية المعقدة التي تعتمد على التردد بدقة كبيرة.

الشريحة 25 لمزيد من المعلومات حول تقنية TMDSC

تعرض الشرائح التالية مقالات مختلفة تشرح المبادئ والاستعمالات الأساسية لتقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة. حيث تم نشر هذه المقالات في مجلة العملاء الفنية نصف السنوية UserCom. والتي يمكنكم تنزيلها من الإنترنت.

الشريحة 26 لمزيد من المعلومات حول تقنية TMDSC

تعرض هذه الشريحة قائمة بمقالات UserCom التي تتناول المبادئ والاستعمالات الأساسية لتقنية TOPEM بالإضافة إلى صحيفة بيانات تقنية TOPEM وقائمة مطبوعات TOPEM.

الشريحة 27 شكرًا لكم

بهذا أختتم عرضي التقديمي حول تقنية كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي معدل الحرارة. شكرًا جزيلاً لكم على اهتمامكم وانتباهكم.