Term

ická

ana

lýza

Exc

elle

nce

TGA 1STARe Systém

Moderní technologie

Všestranná modularita

Švýcarská kvalita

Termogravimetriepro běžnou praxi i výzkum

Ther

mal

Ana

lysi

s Ex

celle

nce

Flash DSC 1STARe Systém

Moderní technologie

Všestranná modularita

Švýcarská kvalita

pro výzkum a vývoj

2

Flas

h D

SC E

xcel

lenc

e Kvantový skok v inovaci Otevírá nové horizonty

Diferenční skenovací kalorimetrie, DSC, je nejdůležitější metoda v termické analýze. Měří tepelný tok k nebo od vzorku jako funkci teploty nebo času a tím umožňuje kvanti- tativní měření fyzikálních přechodů a chemických reakcí.

Vlastnosti a výhody Flash DSC 1:

n Ultravysoké rychlosti chlazení – umožňuje přípravu materiálů s definovanými strukturálními vlastnostmi

n Ultravysoké rychlosti ohřevu – snižují dobu měření a potlačují reorganizační procesy

n Rychlá odezva senzoru – umožňuje studium extrémně rychlých reakcí nebo krystalizačních procesů

n Vysoká citlivost – mohou být použity i nízké rychlosti ohřevu; rychlost skenování se překrývá s konvenčním DSC

n Široký teplotní rozsah – měření může být prováděno v rozsahu od -95 do 450 °C

n Uživatelsky přátelská ergonomie a funkčnost – příprava vzorků je rychlá a snadná

Flash DSC 1 vám umožňuje připravovat vzorky s defi- novanou strukturou, které vznikají při rychlém chlazení během procesu vstřikování. Použití různých rychlostí chlazení ovlivňuje krystalizační chování a strukturuvzorků.

Použití vysokých rychlostí ohřevu umožňuje analýzu materiálu bez interferencí z reorganizačních procesů –tyto procesy nemají dostatek času, aby proběhly. Flash DSC 1 je také ideální nástroj pro studium kine- tiky krystalizace.

Srdcem Flash DSC 1 je čipový senzor založený na MEMS tech nologii.

MEMS: Micro-Electro-Mechanical Systems

Flash DSC 1 je revoluční převrat v rychlé skenovací DSC. Přístroj může analyzovat reorganizační procesy, které donedávna ještě nebylo možné měřit. Flash DSC 1 je ideální doplněk ke konvenčnímu DSC. Rychlosti ohřevu nyní pokrývají rozsah více než 7 dekád.

3

DSC senzorová technologie založená na MEMS Nepřekonatelné rychlosti ohřevu a chlazení

Opakovatelně použitelný senzorVzorky jsou umístěny přímo na senzoru. Použitý senzor může býtuložen do boxu pro čipové senzory,takže další měření mohou být podle potřeby provedena později.

Výměna senzoru trvá méně než jednu minutu.

U konvenčních DSC přístrojů je vzorek měřen v kelímku, aby byl chráněn senzor. Tepelnákapacita a tepelná vodivost materiálu kelímku však má významný vliv na výsledek měření. U Flash DSC 1 je vzorek umístěn přímo na povrchu MultiSTAR čipového senzoru. Patento-vaný dynamický proudový regulační obvod umožňuje provádět měření s minimálníúrovní šumu při vysokých rychlostech ohřevu a chlazení.

MultiSTAR UFS 1 SenzorFull Range UFS 1 senzor má 16 termočlánků a vykazuje vysokou citlivost a vynikající teplotní rozlišení. MEMS čipový senzor je nanesen na stabilním keramickém podkladu s elektrickými kontakty.

Citlivost Vysoká citlivost je způsobena použitím 16 termočlánků, po 8 na straně vzorku a na straně reference. Termočlánky jsou uspořádány symetricky kolem plochy, na které se měří vzorekve tvaru hvězdy, takže teploty jsou měřeny s velmi vysokou přesností. Vynikající citlivost znamená, že měření vzorků mohou být také prováděna i při velmi nízkých rychlostech ohřevu.

Teplotní rozlišení Teplotní rozlišení je definováno časovou konstantou senzoru. Čím menší je časová konstanta, tím lépe mohou být od sebe separovány blízko sebe ležící tepelné efekty. Časová konstanta Flash DSC 1 je zhruba 1 milisekunda nebo zhruba 1 000 krát menší, než je tomu u konven- čních DSC přístrojů.

Základní čára Revoluční vícenásobná měření teploty kolem vzorku zajišťují vynikající přesnost. Mimořádně vysoký stupeň symetrie diferenčního senzoru má za následek velice plochou a mimořádně opakovatelnou základní čáru.

4

TGADSC Flash DSC TMA DMA

Flash DSC 1 METTLER TOLEDOnejrychlejší komerční DSC

Kompletní systém pro termickou analýzu Kompletní systém pro termickou analýzu obsahuje čtyři různé měřicí techniky. Každá z nich charakterizuje vzorek jiným způsobem. Kombinace všech výsledků zjednodušuje interpretaci. Kromě měření tepelného toku pomocí DSC nebo Flash DSC, měří jiné přístroje úbytek hmotnosti (TGA), změnu délky (TMA) nebo mechanické moduly (DMA). Všechny tyto veličiny se měří jako funkce teploty.

TerminálVelký, snadno čitelný a barevný terminál s dotykovým displejem na přední straně Flash DSC 1 indikuje stav přístroje. Pokud přístroj není hned vedle počítače, můžete vložit jednotlivé sekvence a dotazy přímopřes terminál.

Prostředí senzoruPodložka senzoru lze vyhřívat. Při provozu při nízkých teplotách může být podložka senzoru zahřáta před vložením senzoru na teplotu míst- nosti. Tím se dá zabránit vzniku námrazy na zlatých kontaktech.

Švýcarská k

valit

a

5

AGC

Book

20%

Cya

n

Thermal Analysis in Practice Collected Applications

Ther

mal

Ana

lysi

s

Application Handbook

Dokonalá ergonomie Při přípravě a vkládání vzorku můžete pohodlně sedět před přístrojem. Vzorek se nejdříve nařeže na malém sklíčku od mikroskopu a umístí se přes senzor. Vhodná část vzorku se pak přenese přímo na senzor a jeho správná poloha se zajistí pomocí vlasu.

Významné servisní službySpolečnost METTLER TOLEDO je hrdá, že nabízí vynikající přístroje a podporu potřebnou, abyste byli úspěšní ve svém pracovním oboru. Naši vyškolení servisní technici a obchodníci jsou připraveni a k dispozici pomáhat vám všemi způsoby: • Při servisu a údržbě• Při kalibraci a justování• Školením a aplikačním poradenstvím• Kvalifikací zařízení

METTLER TOLEDO poskytuje také komplexní literaturu aplikace pro termickou analýzu.

Dokonalou ergonomii uživatel ocení

Příprava vzorku Příprava vzorku se provádí pomocí mikroskopu. Mikroskop se také používá pro přesné umístění vzorku na senzoru.

6

In

ovac

eNeuvěřitelný výkon vede k novým výsledkům

Princip měřeníVysoké rychlostí chlazení a ohřevu jsou možné pouze tehdy, když jevzorek dostatečně malý a má dobrý tepelný kontakt se senzorem. Připrvním ohřevu se vzorek roztaví. Tepelný kontakt se senzorem se tak výrazně zlepší. Definované struktury vzorku tak může být do- saženo změnou rychlosti chlazení v širokém rozsahu.

Při druhém ohřevu se vzorek již nemá čas reorganizovat kvůli vysoké rychlosti ohřevu. Mimo-řádně široký rozsah rychlostíchlazení a ohřevu umožňujeměřit různé struktury vzorkův jednom experimentu.

Princip čipového senzoruTak na straně vzorku tak na straně reference jsou dvě odporová topná tělesa, která spolu vytvářejí poža- dovaný teplotní program. Menšítopné těleso je určeno pro řízeníkompenzace (dynamické řízení kompenzace). Tepelný tok se měří pomocí dvou sad po 8 termo- článcích uspořádaných symetricky kolem měřící plochy na straněvzorku i na referenční straně sen-zoru.

Homogenní distribuce teplaPlocha pro měření vzorku čipového senzoru je vyrobena ze nitridu křemíku a oxidu křemíku potaženého tenkou vrstvičkou hliníku. Tím je dosaženo mimořádně homogenní teplotní distribuce na senzoru. Malá aktivní měřicí plocha je přibližně 2,1 μm tenká, takže časovákonstanta je určena hlavně vzorkem.

Roztavení vzorku optima-lizuje tepelný kontakt.

Různé rychlosti ohřevuumožňují vytvořit definova-nou strukturu vzorku.

Vysoké rychlosti ohřevu potlačují reorganizacivzorku. Může tedy být měřen v původnímstavu

Teplota

Příprava vzorku

Tvorba struktury vzorku

Analýza

Čas

1. Keramická deska2. Silikonový rámeček 3. Připojovací drátek

4 Odporové topné těleso5. Hlinková podložka (oblast vzorku)6. Termočlánek

7

n Výběr segmentů křivky – Při otevření měření můžete vybrat pouze segmenty, o které se zajímáte.

n Vyhodnocení více křivek – Vyberte křivky, klikněte na vyhodnocení a ihned budete mít k dispozici výsledky.

n Rychlé nastavení funkční tabulky prokládací funkcí – Aktivujte výsledek: Jedním kliknutím zkopírujte vybrané výsledky do tabulky. Nyní vyberte prokládací funkci a vyhodnocení je hotovo.

Optimalizovaný vyhodnocovací software přináší efektivnost do laboratoře

Softwarová podporaV typickém Flash DSC experimentu jsou naměřené výsledky analyzovány jako funkce rychlosti ohřevu nebo rychlosti chlazení nebo izotermního času. Experiment je běžně prováděn velice rychle. Příprava vzorku vyža- duje poněkud více času. Vyhodno- cení a interpretace zabere nejvíce času, ale zároveň je to ta nejzají- mavější práce z celého experimentu.

STARe software byl rozšířen, aby splňoval nové požadavky. Např. složitý měřicí programs je nastavenběhem několika minut a může být efektivně vyhodnoceno velké množ- naměřených křivek.

Reorganizace polyetylen tereftátu (PET)Mnoho polymerů vykazuje reorganizační efekty na naměřených DSC křivkách během ohřevu. Křivky ale nezob- razují tání krystalů původně přítomných ve vzorku. To je prokázáno použitím vzorku PET, kterému bylo umož- něno krystalizovat při 170 °C po dobu 5 minut před ochlazením na teplotu místnosti. Naměřené křivky při rychlostech ohřevu mezi 0.2 K/s a 1 000 K/s vykazují dva píky. Pík při nižší teplotách se se zvyšující se rychlostí ohřevu posunuje k vyšším teplotám (modrá šipka). Tento pík nastává, když tají původní krystaly. Pík při vyšších teplotách se posouvá k nižším teplotám (červená šipka). Tento pík je způsobován táním krystalů vznikajících při reorganizaci struktury materiálu během měření. Při rychlosti ohřevu 1 000 K/s je sledován pouze jeden pík. Nad touto rychlostí ohřevu prakticky neprobíhá žádná reorganizace.

8

M80 (Zoom)M50 (Step) M60 (Zoom)

Camera kitCamera kit Video/foto tubus

ErgoTube ® 45°Binokulární tubus 45° Binokulární ErgoTube ®

ErgoModule® ErgoWedge® ErgoWedge® Držák filtru Video/foto tubus

Video modul Kryt světla

Modularita a rozšíření Mnoho možností

Příslušenství mikroskopu Mikroskop můžete přizpůsobit podle svých potřeb. K dispozici jsou dvě možnosti: 1. Bez modularity, ale dostatečným výkonem 2. Modulární, s nastavitelným úhlem zobrazení, růz-

nými možnostmi osvětlení a kamerami.

Teplotní rozsah a možnosti chlazení IntraCooler je elektrické chladicí zařízení s uzavřeným chladicím systémem. Odpařené chladivo je zkapalněno pomocí kompresoru a výměníku tepla.

K dispozici jsou tři teplotní rozsahy:

Chlazení vzduchem: RT … 450 °C

IntraCooler (1 stupeň) -35 … 450 °C

IntraCooler (2 stupně) -95 … 420 °C

9

EfektivitaDíky praktickému příslušenství

Box na čipové senzory Protože čipové senzory mohou být použity pouze pro jeden vzorek, je vhodné je bezpečně ukládat v kra- bičce, pokud chcete provést více měření s tím samým vzorkem. Díky tomu nemusíte používat vždy nový senzor. V senzorovém boxu může být uloženo až 10 senzorů s usazeným vzorkem pro následné experimenty.

Mikrotom (volitelné příslušenství)Mikrotom může být použit pro přípravu 10 až 30 μm tenkých vrstviček materiálu, například z malých kousků granulí polymeru. Vrstvičky pak mohou být nařezány na malinké kousky vzorku pro analýzu pomocí dodaného nože.

Standardní příslušenství Následující nástroje potřebné propřípravu tenké vrstvičky jsou dodá- vány s přístrojem jako standardní příslušenství:• nůž s náhradními břity • lancetová jehla• pinzeta • kožený hadřík• brusný kámen • štěteček • držák vlasů • skleněná podložka a • indium pro kalibraci

10

Aplik

ační

síla

Nové materiály pro budoucnost Flash DSC zná odpověď

Flash DSC 1 je ideální doplněk pro charakterizaci moderních materiálů a optimalizaci výrobních procesů pomocí termické analýzy.

Polymery, polymorfní látky a mno- ho kompozitních materiálů a směsí má metastabilní struktury, které závisí na podmínkách chlazení použitých při jejich výrobě. Během může dojít k reorganizačním pro- cesům jako je tání nebo rekrysta- lizace nestabilních krystalů nebo separace fází. Vliv reorganizace na křivku ohře- vu může být analyzován změnou rychlosti ohřevu.

Flash DSC může simulovat technické procesy, ve kterých nastává rychlé chlazení. Tím se získávají informace o vlivu aditiv (např. nukleační činid-la) za podmínek blízkých provozu. Izotermní měření poskytují informace o kinetice přechodů a reakcí, které probíhají po dobu několika sekund.

Rychlá měření šetří čas při ana- lýze a vývoji materiálů. Kvalita produktů může být výrazně zlep- šena znalostí vzniku struktur při skutečných rychlostech chlazení v provozu.

Data mohou být použita pro simu- lační výpočty a optimalizaci výrob- ních podmínek.

Aplikační možnosti Flash DSC

• Podrobná analýza procesů týkajících se tvorby struktury v materiálech

• Přímá měření rychlých krystalizačních procesů

• Stanovení reakční kinetiky rychlých reakcí

• Výzkum mechanismu působení aditiv v podmínkách blízkých výrobě

• Kompletní termická analýza materiálů ve velmi krátkém čase

• Analýza velmi malých vzorků

• Stanovení dat pro simulační výpočty

11

Tání india při různých rychlostech ohřevu Tání india (1 μg) bylo měřeno při různých

rychlostech ohřevu v rozmezí od 0,05 K/s

do 10 000 K/s. Stejně jako v konvenčním

DSC, přestup tepla mezi senzorem a

vzorkem (tepelné zpoždění) ovlivňuje

naměřený onset teploty, Ton.

Bez korekce se Ton zvyšuje lineárně s

rostoucí rychlostí ohřevu. Stejné je to i u

Flash DSC 1.

Pro možnost zobrazení velkého rozsahu

rychlostí ohřevu je v diagramu zobrazena

osa x logaritmicky. Z toho důvodu se

lineární funkce jeví jako křivka (modrá).

Krystalizace izotaktického poly-propylénu (iPP) při chlazeníV technických procesech jako je vstřikování,

jsou vstřikované materiály ochlazovány

rychlostí několika set K/s. Pro optimalizaci

jejich vlastností je důležité mít informace

o jejich krystalizačním chování při těchto

vysokých rychlostech. Tyto informace

mohou být získány z Flash DSC experimentů

s chlazením, podle horního obrázku.

Dolní obrázek zobrazuje teplotu krystalizač-

ních píků izotaktického polypropylenu

(iPP) jako funkci rychlosti chlazení. Teplota

píků se posouvá při vyšších rychlostech

chlazení směrem k nižším teplotám.

Konvenční DSC 1 (červené body) byly pou-

žity pro rychlosti chlazení mezi 0.1 K/min a

60 K/min (0.0017 K/s a 1 K/s) a Flash

DSC 1 pro rychlosti mezi 0.5 K/s a

1 000 K/s. Teploty píků souhlasí s jinými

v oblasti, kde se rychlosti chlazení obou

přístrojů překrývají.

Nad 50 K/s je tvorba mezofáze pozorována

při teplotě asi 30 °C ve druhém krystalizač-

ním procesu (modré body).

Při rychlostech chlazení nad 1 000 K/s,

krystalizace neprobíhá. Materiál zůstává

zcela amorfní se skelným přechodem

kolem -10 °C.

Kompletní krystalizační chování je pomocí

Flash DSC 1 změřeno za méně než 30

minut.

12

Reorganizace amorfního iPP Amorfní izotaktický polypropylén (iPP) je

vyráběn z taveniny chlazením rychlostí

4 000 K/s. Získaný materiál byl měřen

při rychlostech ohřevu mezi 5 K/s a

30 000 K/s. Skelný přechod nastává právě

pod 0 °C a je následován exotermním píkem

způsobeným krystalizací za studena. Krystaly

tají nad 100 °C.

Při vyšších rychlostech ohřevu jsou píky

krystalizace za studena. posunuty k vyšším

teplotám a píky tání k nižším teplotám.

Od 1 000 K/s nahoru se plocha píků

znatelně zmenšuje až při rychlosti 30 000

K/s reorganizace ve vzorku neprobíhá

vůbec.

Izotermní krystalizace iPPMěření chování při izotermní krystalizaci

izotakticképho polypropylénu (iPP) byla

tavenina nejprve ochlazena na různé krys-

talizační teploty mezi 110 °C a -20 °C

rychlostí 2 000 K/s. Za těchto podmínek

neprobíhá žádná tvorba struktury.

Poté byly krystalizační procesy měřeny

izotermně. Exotermní krystalizační píky

mají svá maxima při časech mezi

0.05 s a 10 s.

Reciproký čas píku je měřítkem rychlosti

krystalizace a je zobrazen jako funkce

krystalizační teploty.

Výsledná křivka vykazuje maximum při

asi 20 °C. Při těchto nízkých teplotách

probíhá krystalizace velice rychle.

Krystalizační proces se týká homogenní

nukleace.

Naměřené křivky také vykazují změny

krystalizační kinetiky s teplotou.

13

Nanoplniva v PAVlastnosti polyamidu 11 (PA 11) mohou

být optimalizována přidáním nanočástic

a použitím vhodných zpracovatelských

podmínek (např. vstřikováním nebo vytla-

čováním). Vliv plniv při aktuálních rychlos-

tech chlazení ovlivňuje velikost krystalů

a tím také ovlivňuje mechanické vlastnosti

materiálu.

Tři vzorky PA 11 s obsahem nanoplniv

0%, 2.5% a 5% byly měřeny při různých

rychlostech chlazení na Flash DSC 1 a na

konvenčním DSC 1. Entalpie krystalizace

při nízkých rychlostech chlazení je konstan-

tní až do 50 K/s, ale při vyšších rychlostech

chlazení se zmenšuje. Při 200 K/min

vzorek už nekrystalizuje.

Vliv rychlosti chlazení na přítomnost plniv

začíná být jasný, když jsou teploty píku

zobrazeny jako funkce rychlosti chlazení.

Při rychlostech chlazení pod 0,3 K/s

(20 K/min) krystalizuje nejprve neplněný

PA 11. Při technologicky důležitých rych-

lostech chlazení tyto změny a nanočástice

urychlují krystalizaci.

Tání a rozklad organických látek Stanovení chování při tání organických

je složité, pokud v oblasti tání probíhá také

jejich rozklad.

Při vysokých rychlostech ohřevu se rozkladné

reakce posouvají k vyšším teplotám a

je umožněna separace dvou blízkých efektů.

Na vedlejším obrázku je jako příklad uveden

sacharin.

Při rychlostech ohřevu mezi 50 K/s a

100 K/s se tání a rozklad překrývají. Při

vyšších rychlostech ohřevu jsou píky sepa-

rovány.

www.mt.com

Flash DSC 1 Specifikace

Teplotní dataTeplotní rozsah Chlazení vzduchem RT + 5 K) … 500 °C

IntraCooler (1-stupeň) -35 °C … 450 °C

IntraCooler (2-stupně) -95 °C … 420 °C

Rychlosti chlazení (typické) -6 K/min. (-0.1 K/s) … -240 000 K/min (-4 000 K/s)

Rychlosti ohřevu (typické) 30 K/min. (0.5 K/s) … 2 400 000 K/min (40 000 K/s)

Sensorová dataMateriál senzoru Keramika

Termočlánky 16

Časová konstanta signálu, dusík 0.001 s

Velikost vzorku 10 ng … 1 µg

DSC SenzorTyp senzoru Ultra-fast-sensor 1. generace

Pmax signál tepelného toku 20 mW

Šum signálu tepelného toku rms < 0.5 µW (typický)

Izotermní drift signálu tepelného toku < 5 µW/h (typický)

Drift základní čáry tepelného toku (prázdný senzor) < 100 µW/h (typický)

TerminálDotykový displej Barevný TFT, VGA 640 x 480 pixel

Generace signálu Rozlišení 0.005 K (0 °C … 250 °C)

0.01 K (-100 °C … 400 °C)

detekce signálu Vzorkovací rychlost Max. 10 kHz (10 000 bodů za sekundu)

Rozlišení teplotního signálu 2.5 mK

Šum teplotního signálu rms < 0.01 K (typický)

Komunikace S osobním počítačem (PC) Ethernet

Rozměry Rozměry přístroje (šířka x hloubka x výška) 45 cm x 60 cm x 50 cm

Schválení IEC/EN61010-1:2001, IEC/EN61010-2-010:2003CAN/CSA C22.2 No. 61010-1-04UL Std No. 61010A-1EN61326-1:2006 (třída B)EN61326-1:2006 (průmyslové prostředí)FCC, Part 15, třída AAS/NZS CISPR 22, AS/NZS 61000.4.3Značka shody: CE

Pro více informací

Mettler-Toledo, s.r.o. AG, Třebohostická 2283/2 100 00 Praha 10 Česká republika

Certifikát kvality. Vývoj, výroba a testování ve shodě ISO 9001.

Systém ochrany životního prostředí podle ISO 14001.

“Evropská shoda”. Značka shody CE vám pos- kytuje jistotu,že naše výrobky jsou v souladu s nejnovějšími směrnicemi EU.

Tel.: +420 226 808 150 Fax: +420 226 808 170 E-mail: sales.mtcz@mt.com

Mettler-Toledo, s. r. o.Třebohostická 2283/2, 100 00 Praha 10 Tel.: +420 226 808 150, Fax: +420 226 808 170Servis: +420 226 808 163, E-mail: sales.mtcz@mt.com

Mettler-Toledo s. r. o.Hattalova 12, 831 03 BratislavaTel.: +421 2 44 44 12 20, 22, Fax: +421 2 44 44 12 23Servis: +421 2 44 44 12 21, E-mail: predaj@mt.com

Technické změny vyhrazeny, 51725315© 01/2013 Mettler-Toledo, s.r.o.Vytištěno v České republice

Slovensko

Česko