Trong thí nghiệm phân tích nhiệt đồng bộ (TG-DSC/DTA), nguồn lỗi và hiệu chỉnh dữ liệu cần được kiểm soát tổng hợp từ ba chiều thiết bị, thao tác và xử lý dữ liệu, đây là những điểm chính:
Nguồn gốc lỗi thường gặp
Yếu tố thiết bị
Lỗi kiểm soát nhiệt độ: Sự lão hóa của phần tử làm nóng hoặc độ trễ thuật toán kiểm soát nhiệt độ có thể gây ra biến động nhiệt độ (cần kiểm soát độ chính xác nhiệt độ<± 0,1 ℃), đặc biệt là khi nóng lên nhanh, độ trơ nhiệt của lò có thể gây ra độ trễ nhiệt độ. Ví dụ, sự khác biệt về nhiệt độ phân hủy nhiệt của polyimide trong không khí và nitơ có thể đạt trên 50 ℃, và trục nhiệt độ cần được hiệu chỉnh từng phần bằng các chất tiêu chuẩn như indi, thiếc.
Cảm biến trôi dạt: khi cảm biến TG bị dao động tốc độ dòng khí hoặc nhiễu rung, tín hiệu khối lượng microgram dễ bị che khuất bởi tiếng ồn; Sự không phù hợp giữa đầu tham chiếu cảm biến DSC và nhiệt dung đầu mẫu (chẳng hạn như lắng đọng tạp chất) có thể gây biến dạng tín hiệu dòng nhiệt và cần được bảo trì làm sạch thường xuyên.
Crucible và ảnh hưởng khí quyển: sự lựa chọn không đúng của vật liệu Crucible (ví dụ: nhôm oxit, bạch kim) có thể xúc tác phản ứng; Không đủ độ tinh khiết của khí (chẳng hạn như oxy chứa tạp chất) hoặc tốc độ dòng chảy không ổn định (khuyến nghị 20-50mL/phút) gây nhiễu nền đòi hỏi phải sử dụng khí có độ tinh khiết cao và tối ưu hóa thiết kế trường dòng chảy.
Yếu tố hoạt động
Lỗi chuẩn bị mẫu: kích thước mẫu quá nhỏ (<5mg) sẽ làm giảm tỷ lệ tín hiệu tiếng ồn và dư thừa (>20mg) sẽ cản trở việc truyền nhiệt; Các mẫu không đồng nhất (như hỗn hợp) cần được nghiền đến kích thước hạt<100 μm để tránh phân hủy từng bước.
Độ lệch mẫu: Sự khác biệt về vị trí đặt nồi nấu kim loại hai lần hoặc sự rung động trong và ngoài lò sưởi có thể gây ra sự dịch chuyển trọng tâm của cân bằng, nên áp dụng phương pháp "lấy mẫu tại chỗ" (nồi nấu rỗng không được lấy ra sau khi bóc vỏ, lấy mẫu trực tiếp).
Ô nhiễm chéo: Dư lượng mẫu dễ bay hơi có thể gây ô nhiễm cho các thí nghiệm tiếp theo, cần phải làm sạch thân lò và thay thế nồi thử nghiệm sau khi thử nghiệm.
Lỗi xử lý dữ liệu
Độ trôi đường cơ sở: Sự khác biệt về nhiệt dung giữa đầu tham chiếu và đầu mẫu cần được khấu trừ, độ trôi đường cơ sở của phần nhiệt độ thấp (<100 ° C) là đáng kể và có thể được điều chỉnh bằng cách phù hợp đa thức.
nhiễu tiếng ồn: Tín hiệu TG dễ bị rung và cần được làm mịn bằng bộ lọc thông thấp, nhưng bộ lọc quá mức có thể làm suy yếu tín hiệu bước thực.
Lỗi chuẩn hóa khối lượng: Lỗi đầu vào khối lượng ban đầu có thể dẫn đến độ lệch tính toán phần trăm mất trọng lượng, đòi hỏi phải ghi lại chính xác chất lượng mẫu.
II. Phương pháp điều chỉnh dữ liệu
Sửa đường cơ sở
Đường cơ sở được ghi lại bằng cách sử dụng một nồi nấu rỗng hoặc một đối số trơ, chẳng hạn như α-Al ₂ O₃, loại bỏ sự giãn nở của cơ thể lò hoặc ảnh hưởng nổi của khí. Ví dụ, trong các thí nghiệm phân hủy nhiệt canxi cacbonat, hiệu chỉnh cơ bản có thể giảm sai số bước không trọng lượng đường cong TG từ ± 5% xuống dưới ± 1%.
Hiệu chuẩn chất chuẩn
Hiệu chuẩn nhiệt độ: Sử dụng vật liệu tiêu chuẩn điểm nóng chảy kim loại (như indium 156,6 ℃, thiếc 231,9 ℃) để đánh dấu trục nhiệt độ, hiệu chuẩn phân đoạn có thể làm giảm lỗi phi tuyến tính. Ví dụ, sau khi hiệu chỉnh một thiết bị TG-DSC nhất định, lỗi nhiệt độ ở phần nhiệt độ cao (>500 ℃) giảm từ ± 3 ℃ xuống ± 0,5 ℃.
Hiệu chuẩn hiệu ứng nhiệt: giá trị entanpy DSC được hiệu chuẩn bằng các chất tiêu chuẩn như sapphire, lỗi thay đổi entanpy của thiết bị không hiệu chuẩn có thể đạt 10% -20%.
Lọc tiếng ồn và làm mịn
Sử dụng bộ lọc thông thấp cho tín hiệu TG (tần số cắt được điều chỉnh theo đặc điểm mẫu) và thuật toán làm mịn Savitzky-Golay cho tín hiệu DSC, giảm nhiễu trong khi vẫn giữ được đặc điểm đỉnh. Ví dụ, trong một thí nghiệm chuyển đổi thủy tinh hóa polymer, xử lý mịn làm cho độ phân giải nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh hóa đường cong DSC tăng từ ± 2 ° C lên ± 0,5 ° C.
Tách đỉnh chồng chéo
Tỷ lệ entanpy và không trọng lượng của các giai đoạn khác nhau được phân tích bằng cách sử dụng phù hợp với đỉnh, chẳng hạn như chức năng Gauss, đối với các phản ứng phức tạp, chẳng hạn như phân hủy đa bậc. Ví dụ, trong một thí nghiệm phân hủy nhiệt của một số hợp chất nước tinh thể, khớp nối đỉnh có thể phân biệt chính xác hai giai đoạn giải phóng nước tinh thể (100-200 ℃) và phân hủy chuỗi chính (300-400 ℃).
III. Tư vấn tối ưu
Bảo trì định kỳ: 3 tháng một lần kiểm tra hiệu suất của thiết bị với các chất tiêu chuẩn, làm sạch cảm biến và thân lò.
Hoạt động tiêu chuẩn hóa: phương pháp lắp đặt mẫu cố định (chẳng hạn như mức độ nén), ghi lại tốc độ dòng khí và tốc độ nóng lên và các thông số khác để dễ dàng tái hiện thí nghiệm.
Xác minh chéo: Xác minh kết quả phân tích nhiệt kết hợp với các kỹ thuật khác như XRD, FTIR, chẳng hạn như xác nhận thông qua XRD rằng nhiệt độ chuyển pha được phát hiện bởi TG-DSC phù hợp với những thay đổi trong cấu trúc tinh thể.
Thông qua hệ thống kiểm soát nguồn lỗi và áp dụng phương pháp điều chỉnh, có thể nâng cao đáng kể độ chính xác và tính lặp lại của các thí nghiệm phân tích nhiệt đồng bộ, cung cấp hỗ trợ dữ liệu đáng tin cậy cho các nghiên cứu như ổn định nhiệt vật liệu, động lực phản ứng và các nghiên cứu khác.