高速の昇温速度を使用した融解と分解の分離

イントロダクション

有機物に関する多くの情報は、DSC測定の融解ピークから得ることができます。これには、純度、組成、多形効果、融解エンタルピー、融点自体が含まれます。この情報は、融解プロセス中にサンプルが化学的に安定である場合にのみ、十分な正確さして得ることができます。

しかし、多くの有機材料は脱塊し始め、分解はサンプルの汚染, コンタミネーションにつながり、融解が始まるとすぐに測定融点が変化します[1]。その結果、DSCカーブ、曲線は、容易に分離できない2つの重複する熱事象を示します。フルト

融解と分解を分離する方法の1つとして、高昇温速度でサンプルを測定する方法があります。このアプローチは、融解プロセスの温度が昇温速度に依存しない(またはわずかにしか依存しない)一方で、昇温速度が上がると化成品反応がより高い温度にシフトするという効果を利用しています。

したがって、昇温速度が十分に高い場合は、分解反応を融解と分解のプロセスを分離するのに十分な高い温度にシフトできるはずです。ただし、従来のDSCを使用した測定では、2つのプロセスを実際に分離する前に、DSCの技術的な限界に達することがよくあります。

図1に、100 K/minと150 K/minの昇温速度で測定した有機顔料の例を示します。両方の曲線で、融解と分解が重なっていることは明らかです。どちらの曲線でも熱事象を正しく評価できません。したがって、2つの効果を分離するには、はるかに高い昇温速度が必要です。このような速度は、最大240万K/minまたは40,000K/sの昇温速度に達することができるMETTLER TOLEDO Flash DSC 1 [2–4]を使用して達成できるようになりました。

この記事では、有機物質の融解効果と分解効果を分離して個別に分析するFlash DSC 1測定を示します。

実験の詳細

DSC 1の測定は、標準の40μLアルミニウム製サンプルパンを使用し、昇温速度100 K/分と150 K/分で行いました。サンプル質量は約4mgであった。Flash DSC 1測定は、50〜5000 K/sec(3000〜300,000 K/min)の昇温速度で実行しました。Flash DSC 1のUFS 1チップセンサのサンプル側とリファレンス側にシリコンオイルを塗布し、サンプルとセンサとの良好な接触を確保しました[3]。質量が約3 ngのサンプルをヘアを使用してセンサ上に配置します。

結果と考察

Flash DSC 1の測定

図2に、昇温速度100 K/sec(6000 K/min)でのFlash DSC 1測定から得られた結果を示します。曲線は、この昇温速度が2つの効果を分離するには低すぎることを示しています。

しかし、2つの曲線は融解ピークが高温にシフトしていることを示しています。これは、分解反応が高温側にシフトするためです。100 K/secでのピーク最大値は約400 °C、2.5 K/sec(150 K/min)では約380 °Cです。 この結果、融解範囲での分解の度合いが低くなるためサンプルの汚染が減少し、高温で融解します。

プロセスを分離するために、図3に示すように、5000 K/sec(300,000 K/min)の昇温速度で測定を実行しました。図3の黒いカーブ、曲線は、昇温速度5000 K/sec(300,000 K/min)での測定を示しています。この昇温速度で、融解プロセスは分解プロセスから完全に分離される。

結論

240万K/分の最大値可能な昇温速度が、第2の事象と重ならない程度に昇温速度依存性の効果をシフトするのに十分であれば、Flash DSC 1によって物理的効果を分離できます。これにより、両方の効果を正しく定量的に評価できます。

_{Separation of Melting and Decomposition using High Heating Rates | Thermal Analysis Application No. UC 415 | Application published in METTLER TOLEDO Thermal Analysis UserCom 41}