1 Obecný úvod. DSC kalorimetrie

Transkript

1 Diferenciální skenovací kalorimetrie Teoretický základ nutný pro pochopení principů kalorimetrie poskytuje termodynamika. Pro účely laboratorní úlohy je nutné znát základní pojmy a veličiny termodynamiky spojené především s nultou a první větou termodynamickou. Pro práci v laboratořích je třeba si prostudovat kapitoly 1 až 4 a zadání vlastních úloh dané obtížnosti. Studenti LFCHI a LFCHII provádí úlohy B0, B1 a buď B2 nebo B3. Dodatky, které se zaobírají prací se softwarovým vybavením kalorimetru, je dobré prostudovat, ale vzhledem k jejich specifické povaze se nezkouší a stačí je mít při ruce během práce. 1 Obecný úvod DSC kalorimetrie Podstatou kalorimetrie je měření tepla, které se uvolní nebo pohltí ve studovaném systému při určitém chemickém, fyzikálním nebo biologickém pochodu. Výsledkem měření jsou hodnoty termofyzikálních vlastností zkoumaného systému (vzorku) např. tepelné kapacity, teploty fázových přechodů, tepla spojená s fázovými přechody aj. Hledisek ke klasifikaci různých typů kalorimetrů je celá řada. Podle účelu použití, způsobu temperace, konstrukčního řešení a podle podmínek, za kterých byly měřené hodnoty získány. Proto také existuje velké množství názvů kalorimetrů, často nazývaných ještě podle svého autora, k čemuž přistupují ještě potíže při použití správných českých názvoslovných ekvivalentů pro některé názvy, vžité v zahraničí (např. twin, scanning, drop calorimeters apod.). To vše má za následek značný zmatek v třídění, klasifikaci a názvech kalorimetrů. Pro naše základní měření postačí rozdělení kalorimetrů podle podmínek, za kterých pracují, na dva základní typy: izotermní a adiabatické. V izotermních kalorimetrech je veškeré uvolněné nebo spotřebované teplo odváděno, resp. převáděno a teplota je po různě definované doby udržována konstantní. Ze vzorku odváděné teplo, měněné s okolím za účelem udržení konstantní teploty vzorku, je pak buď elektricky kompenzováno (dotápěním Joulovým teplem, chlazením pomocí Peltierova efektu apod.), anebo způsobí fázovou přeměnu vzorku. Naproti tomu v zařízeních adiabatických se definovaný příkon tepla spotřebovává k ohřátí nebo ochlazení kalorimetru a jeho obsahu. Měří se pak změna jeho teploty. Mimoto existuje ještě celá řada kalorimetrů s režimem, který je něčím mezi oběma základními typy. Pod termínem diferenční skenovací kalorimetrie (differential scanning calorimetry, DSC) se rozumí třída kalorimetrů, které jsou vybaveny dvěma měřícími pozicemi, z nichž jedna je referenční a druhá slouží ke studiu vzorku. V čase měřenými veličinami je zde teplota a tepelný příkon, přičemž teplo slouží k definovanému ohřívání/chlazení vzorku. Z toho vyplývá, že vzorek je zpravidla studován v určitém rozsahu teplot, přičemž rychlost ohřevu je možno nastavit (včetně nulové rychlosti, tj. pro izotermní měření). Pracovní rozsah teplot je u většiny DSC přístrojů široký, při chlazení tekutým dusíkem to může být od cca 195 ºC (78 K); nejvyšší pracovní teplota bývá často cca 750 ºC (1023 K). Mezi výhody použití DSC kalorimetrie patří včetně širokého pracovního rozsahu teplot, širokého rozpětí rychlostí změn teplot a velké přesnosti a spolehlivosti i nízká spotřeba vzorku v řádu jednotek až desítek mg. Primárním výstupním signálem DSC jsou tepelný tok (heat flow), udávaný v mw a teplota, přičemž oba dva signály jsou zaznamenávány v čase (viz Obrázek 1). Dle postupu k získání hodnoty tepelného toku lze pak DSC rozdělit do dvou kategorií

2 První kategorie zahrnuje kalorimetry, u kterých je každá z obou měřicích pozic umístěna v separátní pícce. Příkon do každé z pícek je volen tak, aby obě pícky měly v definované časové jednotce stejnou (nastavenou) teplotu (druhý primární výstupní signál) a jako tepelný tok se uvažuje rozdíl příkonů do jednotlivých pícek. Tato první kategorie je v literatuře označována jako power compensation DSC nebo dual furnace DSC. Obrázek 1: Záznam tepelného toku ( ) a teploty ( ) v čase. Je zobrazena část experimentu se dvěma izotermními oblastmi a jednou oblastí skenovací, v které došlo k endotermnímu jevu. Ve druhé kategorii jsou měřicí i referenční pozice umístěny ve společné peci s jedním definovaným tepelným příkonem (dopočítáván dle požadovaného teplotního programu). Přístroj zpravidla jednobodově (termočlánkem) sleduje teplotu v měřící i referenční pozici. Teplota měřicí pozice, obsahující pánvičku se vzorkem, zaostává za teplotou pozice referenční, obsahující pouze prázdnou pánvičku. Důvodem je nutnost ohřívat kromě pánvičky i vzorek v ní (vliv tepelné kapacity vzorku a probíhajících termických dějů). Vzorek může teplo buď spotřebovávat (endotermické děje tání, var, sublimace aj.) nebo uvolňovat (exotermické děje krystalizace, kondenzace, desublimace, oxidace kyslíkem aj.). Naměřený rozdíl teplot je pomocí tovární kalibrace převeden na tepelný tok. V literatuře je tento typ označován jako flat plate DSC nebo 1D sensor DSC. Je zřejmé, že přístroje z druhé kategorie jsou méně přesné, než kalorimetry s dvěma pecemi. Kalorimetr Perkin-Elmer DSC 8500 má dvě pícky a patří tedy do první kategorie (power compensation DSC) zatímco kalorimetr Perkin-Elmer DSC 4000 patří do kategorie druhé (flat plate DSC). Zpravidla se na DSC provádí dva typy experimentů: studium fázového chování a měření tepelných kapacit. Fázové přechody spojené s entalpickou změnou se projeví jako tzv. pík, který se většinou popisuje pomocí jeho onsetové teploty (u polymerů je to často teplota v maximu píku) a plochy, která odpovídá entalpii přechodu (viz Obrázek 2). Pro úplnost zde zmiňme, že existují i další fázové přechody, zpravidla hůře popsatelné, např. skelný přechod nebo lambda přechod. Měření tepelných kapacit klade větší nároky na přesnost kalorimetru, a proto dává smysl jen u kalorimetrů typu power compensation nebo zatím nezmíněných kalorimetrů s 3D senzorem. Na měření ostatních dějů, jako jsou var, sublimace, chemické reakce, vždy existují vhodnější přístroje - při použití DSC hrozí navíc riziko poškození přístroje

3 Obrázek 2: Záznam tepelného toku, na kterém je znázorněno standardní vyhodnocení entalpie z plochy píku nad základní linií,,baseline (červeně zvýrazněna) a teploty fázového přechodu z náběhu píku (,,onset ). S ohledem na záznam průběhu tepelného toku v čase i teplotě, lze onset vyhodnotit pro obě nezávisle proměnné. Popis kalorimetrů Diferenční skenovací kalorimetry PE DSC 8500 a DSC 4000 (viz Obrázek 3) se skládají z následujících součástí: 1) Kalorimetr DSC ) Kalorimetr DSC ) Autosampler pro DSC 8500 s krytem 4) Vnější chladící zařízení IntraCooler II 5) Spojovací potrubí 6) Tlaková láhev s promývacím plynem (dusík) 7) Počítače s ovládacím softwarem Obrázek 3: Diferenční skenovací kalorimetry Perkin-Elmer DSC 8500 a DSC 4000 a jejich součásti

4 Cena přístrojů je zhruba 2,5 milionu Kč a proto se k nim chovejte s náležitou opatrností!!! Důležité upozornění: hadice spojující chladící zařízení s kalorimetry, jsou vzhledem k velmi nízké teplotě chladícího média, které jimi protéká (< 90 C), velmi křehké. Těchto hadic se raději vůbec nedotýkejte!!! Z důvodu zabezpečení bezpečnosti přístroje DSC 8500 je vyjma vyškoleného personálu zakázána jakákoli manipulace s průhledným krytem autosampleru!!! Manipulovat s ním lze jen na pokyn a pod dozorem asistenta. Přístroje byly zakoupeny pro posluchačské laboratoře Fyzikální chemie z prostředků fondu Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace financovaného Evropským fondem pro regionální rozvoj a s přispěním VŠCHT Praha. Příprava vzorku a její vliv na měření Před samotným zahájením měření je pro dosažení správných a přesných výsledků nutno věnovat náležitou pozornost přípravě a navažování vzorků. Základem je vhodná a přesná navážka vzorku, která se přímo promítá do intenzity různých termodynamických jevů. Obecně platí, že čím větší je hmotnost navážky, tím větší budou i píky. To sice snižuje nejistotu určení výsledného tepla, ale blízké píky mají zároveň větší tendenci se slévat dohromady a také se zvyšuje nejistota vyhodnocené onsetové teploty, a to z důvodu většího odporu vůči přestupu tepla skrze tlustší vrstvu vzorku. Navážky pro studium fázového chování se většinou používají v řádu 5 až 10 mg a pro měření tepelných kapacit pak větší, okolo 20 mg. Aby se dosáhlo požadované přesnosti výsledků, je nutno navažovat s přesností na setiny mg. U organických vzorků často hrozí, že během zahřívání budou sublimovat nebo se odpařovat. Z tohoto důvodu se používají hermetické hliníkové pánvičky, které se uzavírají pomocí lisu (tzv. studené sváření). Lis od Perkin Elmeru při zavařování pánvičky zároveň ořezává její okraj tak, aby byla zajištěna přibližně shodná hmotnost všech výlisků (cca. 65 mg ± 2 mg => 3 % odchylka). Pro účely přesné navážky vzorku a zjištění případného úniku vzorku je třeba při vážení postupovat velmi pečlivě. Nejprve se zváží pánvička s víčkem, do ní se diferenčně naváží vzorek (kontrolní hmotnost vzorku), v třetím kroku se zváží zalisovaná pánvička spolu s oříznutým prstenem (definitivní určení hmotnosti vzorku) a nakonec se zváží samotná oříznutá pánvička (hodnota pro kontrolu úniku vzorku a rozeznání pánviček, které se nijak neznačí). Pro ilustraci se podívejte na Obrázek 4. Obrázek 4: Ukázka lisu ( Kč) a hermetických 50 μl hliníkových pánviček (130 Kč/ks). Vlevo nezalisovaná pánvička s víčkem a vpravo zalisovaná pánvička (dole) s oříznutým prstencem (nahoře)

5 Při přípravě vzorku je třeba mít na paměti zásadní skutečnost, že vzorek je ohříván či chlazen prostřednictvím kontaktu se dnem kalorimetrické pícky nebo platformou, kde je umístěn. Kromě vhodné navážky je potřeba zajistit dobrý tepelný kontakt mezi dnem pícky a vzorkem. Toho lze docílit použitím pánviček s plochým dnem a především roztavením vzorku před prvním měřením, pokud je to možné, anebo rovnoměrným rozmístěním vzorku v pánvičce a jeho upěchováním (zajištění rovnoměrného filmu). Pokud není možné vzorek roztavit, často se též přistupuje k opakovaným vyhřátím nad maximální teplotu měření, při kterých se vzorek slehne. Pozor, při manipulaci s pánvičkou se vzorkem je nutné dbát zvýšené opatrnosti tak, aby nedocházelo k naklánění pánvičky, jejím otřesům, či dokonce pádům. V těchto případech hrozí, že se vzorek rozmělní po celé pánvičce, což bude značně deformovat záznamy z měření. U vzorků, které se plánuje zahřívat nad 200 C, či u vzorků s podezřením na jejich zvýšenou těkavost a vzlínavost, je nutné před měřením provést kontrolu těsnosti pánviček. Je-li to možné, nechávají se pánvičky několik hodin v sušárně při teplotě přesahující uvažovaný rozsah měření a kontroluje se, zda nedošlo k poklesu hmotnosti. Vzorky, které nemůžeme vystavit daným podmínkám (nevratné děje), že třeba sledovat delší dobu při nižších teplotách. V případě nejistoty ohledně rizika úniku vzorku je vhodné použít robustnější kalorimetr, např. DSC Vzhledem k ceně hermetických hliníkových pánviček s víčky (130 Kč za kus) a ceně lisovací hlavice lisu ( Kč) se vzorky u úloh, kde je to možné, používají opakovaně. Je-li součástí úlohy příprava vzorku, provádí se pod dohledem asistenta. Kalibrace DSC DSC kalorimetry, stejně jako většina instrumentálních přístrojů, vyžadují před započetím vlastních měření provedení kalibrací. Prozaickým důvodem pro kalibrace je obecně zpracování signálů sbíraných přístroji tak, abychom jejich interpretací dosáhli objektivně správných hodnot. Výrobní kalibrace je zpravidla dostatečná pouze pro průmyslovou přesnost a vlastnosti senzorů se navíc v čase mění. Proto kalibraci musí provádět uživatel sám a to opakovaně, nejlépe v pravidelných intervalech. V případě heat flux DSC je dobré si uvědomit, že naší kalibraci je nadřazena tovární kalibrace, která se používá pro výpočet tepelného toku, jak bylo popsáno v úvodu, a do které tedy nemá význam zasahovat. Podívejme se nyní blíže na děje způsobující v kalorimetru odchylku od ideálního stavu. Během DSC experimentu dochází vlivem omezené tepelné vodivosti pecí, pánviček a vzorků k přirozenému zpoždění měřeného tepelného toku a teploty. Míra posunu je závislá na náhřevové rychlosti, a proto je potřeba tento efekt korigovat. Přístupy existují dva, buď se vytváří kalibrační řada pro každou náhřevovou rychlost zvlášť a předpokládá se srovnatelné brždění přestupu tepla pro všechny vzorky, nebo se vzorek měří vždy různými rychlostmi a výsledky se extrapolují na izotermní měření. Budeme používat první postup, protože je rychlejší, snazší na zpracování dat a v našem případě dostatečně přesný. Ukažme si situaci na příkladu fázových přechodů, kde je děj charakterizován nárůstem píku z hladkého signálu a přestup tepla se projevuje posunem a změnou tvaru zaznamenaných píků (viz Obrázek 5). Píky se s rostoucí náhřevovou rychlostí stávají vyššími a posouvají se vpravo. Plocha píku nebývá příliš proměnlivá a z toho lze usuzovat, že se pík bude s vyšší náhřevovou rychlostí zužovat, pokud si ho vyneseme jako funkci času, a naopak rozšiřovat, bude-li funkcí teploty

6 Obrázek 5: Ilustrace vlivu rychlosti ohřevu na tvar a posunutí píků pro fázový přechod Pro běžné použití kalorimetrů je vhodné při využívaných rychlostech ohřevu reprodukovatelně a s vypnutou kalibrací změřit několik standardů a vyhodnotit jejich teploty tání a entalpie tání. Jako standardy se volí látky, u nichž je dobře známá teplota a entalpie tání nejčastěji z měření na adiabatických kalorimetrech. Další rozumné požadavky na kalibranty jsou stabilita vzorků (ve vztahu k teplotním změnám, kontaktu se vzduchem a materiálem pánvičky), malá schopnost podchlazení, nízká hygroskopicita, nízká těkavost nebo pěkný pík. Je obvyklé setkat se s doporučením využití různých kovů olovo, cín, indium, galium, které ovšem tvoří slitiny s nejčastěji využívanými hliníkovými pánvičkami a které mají výrazně odlišnou tepelnou vodivost oproti organickým sloučeninám. Proto je vhodné je nahradit nebo doplnit látkami podobnějšími studovaným vzorkům naftalen, n-alkany a podobně. Při vybírání standardů je navíc potřeba myslet na to, abychom hodnotami jejich teplot tání rovnoměrně pokryli požadovaný teplotní rozsah. Měření lze totiž bezpečně (správné hodnoty) provádět pouze uvnitř tohoto rozsahu

7 2 Vyhodnocení a interpretace výsledků Zcela zásadní součástí kalorimetrického měření je vyhodnocení a interpretace výsledků. Na nasbíraných termogramech (tj. záznamech z DSC měření) se může objevit mnoho rozličných termálních dějů, které může být bez zkušeností a doplňujících experimentů velmi náročné rozklíčovat. Mnohdy nám v naší snaze nejde naproti ani výrobcem dodávaný vyhodnocovací software a je nutné hledat jiné alternativy, či si svépomocí nějakou vytvořit. Plánování experimentu Nemáme-li žádné informace o fázovém chování vzorku, zpravidla se provádí první široký a rychlý (10 nebo 20 C/min) sken, z něhož určíme, v jakém rozsahu budeme následně měřit pomalejší metodou. Nejnižší teplota, které lze efektivně dosáhnout je 50 C, v nutných případech lze chladit (značně pomaleji) až k 80 C. Pokud není chování při nízkých teplotách předmětem studie, lze začínat výše, ovšem se zvážením schopnosti podchlazování kapalného vzorku. Rychlost chlazení mezi všemi měřeními (ohřevy) volíme do 20 C/min. Jako nejvyšší teplotu je při prvním nástřelu vhodné volit cca 200 C, kde ještě nehrozí nafouknutí pánviček zahřátím uzavřeného vzduchu. Ale pozor, těkavé vzorky (i méně těkavé než voda) mohou pánvičku nafouknout i při těchto teplotách. V případě nutnosti opětovného použití nafouknuté pánvičky je nutno ji opatrně stlačit tak, aby se dno srovnalo a víčko přitom nejlépe zůstalo vypouklé, aniž bychom pánvičku příliš nakláněli. Dále je nutné si uvědomit, že mohlo dojít k úniku vzorku, a proto je nutné pánvičku se vzorkem převážit před opětovným vložením do přístroje. Pokud hmotnost pánvičky se vzorkem poklesne oproti počáteční hodnotě o více jak 0,05 mg, je nutno další postup konzultovat s asistentem! Z rychlého skenu přibližně vyhodnotíme teplotu tání a schopnost podchlazování vzorku. Pro následný sken volíme počáteční a koncové teploty poblíž studovaného jevu, přičemž je ale třeba nechat si před jevem i za ním dostatečně dlouhý úsek s konstantním náhřevem, jinak nebudeme mít v záznamu pík celý a ten pak nepůjde vyhodnotit. Tabulka 1 shrnuje odhad vhodných délek rezervy v závislosti na použité náhřevové rychlosti. Spodní teplotu může být nutné ještě snížit z důvodu podchlazování. Pokud vzorek mezi měřeními nezchladíme pod teplotu tuhnutí (nikdy není zcela identická s teplotou tání může se lišit o jednotky, ale i desítky stupňů), zůstane kapalný a žádný fázový přechod při následném ohřevu nezměříme. U pomalých měření vzorků, které lze hluboko podchladit, je časově výhodné je po zchlazení rychle ohřát na teplotu, od níž chceme skenovat, a opět nastavit isotermu. Velmi důležitou skutečností při interpretaci výsledků je, zda jsou pozorované jevy opakovatelné, případně zda souhlasí výsledky získané z měření různou náhřevovou rychlostí a od různých počátečních teplot. Proto se až na výjimky, kde předem víme, že opakování experimentu není možné, opakuje experiment třikrát a výsledky se průměrují, jsou-li srovnatelné. Vliv na reprodukovatelnost má i pozice pánvičky, proto je vhodné každé opakované měření vzorku provádět po přesunutí pánviček z referenční a měřící pozice a zpět. V případě, že jsou už u prvního běhu zřejmé špatně zvolené podmínky, experiment se přeruší, upraví a spustí znovu. Typické nedostatky a jejich řešení jsou: látka netuhne (nedostatečně podchlazeno) vzorek více podchladit; nedochází k přechodu, ačkoliv je látka tuhá zvýšit maximální teplotu; je vidět více píků, které se slévají do jednoho volit nižší náhřevovou rychlost; je vidět malý a zašuměný pík volit vyšší náhřevovou rychlost. Pozor! Jevy pozorované při chlazení nelze srovnávat mezi sebou a ani s těmi získanými při ohřevu, klíčovou roli zde hraje možnost podchlazení do metastabilní fáze. Přechod do stabilní - 7 -

8 fáze je dán souhrou mezi kinetikou a termodynamikou nukleace a růstu krystalů (tedy čtyřmi různými vlivy závislými na teplotě a tepelném toku) a z makroskopického hlediska se děje značně náhodně. Případná dobrá shoda mezi jednotlivými teplotami tuhnutí nebo s teplotou tání by tedy spíše ukazovala na nedostatky ve variabilitě měření než na jejich přesnost. Tabulka 1: Teploty rezerv pro nastavení teplotního programu Náhřevová rychlost / ( C/min) Začít pod T přechodu / C Skončit nad T přechodu / C 0, Analýza termogramu Mezi základní kalorimetrickou úlohu, tak jak bylo zmíněno v úvodu, náleží stanovení fázového chování vzorku, které se v termogramech projevuje exotermními či endotermními píky. Pro úplnost dodejme, že existují i fázové přechody, které nejsou spojeny se skokovou změnou entalpie systému (tzv. fázové přechody druhého a vyšších druhů). Je klíčové umět správně přiřadit fyzikální jevy k dějům pozorovaným na termogramu. Exotermní pík vždy značí přechod z podchlazené (metastabilní) fáze do fáze stabilnější a je spojený se skokovým snížením Gibbsovy energie (krystalizace nebo spontánní přechod mezi pevnými fázemi). Tyto děje jsou stochastické, vykazují tedy přirozeně špatnou reprodukovatelnost teploty, při které k nim dochází. Endotermní pík je průvodní jev přechodu, ke kterému dochází nad teplotami trojných bodů (teplota, při níž se rovnají Gibbsovy energie kondenzovaných fází), tedy například tání nebo vratného přechodu mezi dvěma krystalickými fázemi. K těmto přechodům zpravidla dochází v těsné blízkosti trojné teploty a náběhovou teplotu píku proto považujeme za teplotu přechodu. Pozor, endotermní pík ovšem může například znamenat i rozklad nebo odpaření vzorku. Mezi děje bez píku bude patřit například skelný přechod. U něj sice registrujeme změnu na tepelném toku, ale pokud bychom ji považovali za pík a chtěli integrovat, dostaneme nesmyslně malou entalpii. Všechny tři jevy se během ohřívání či ochlazování vzorku mohou na termogramu vyskytnout v rozličných kombinacích. Důslednou analýzou jejich pořadí a reprodukovatelnosti si teprve můžeme udělat přesný obrázek o fázovém chování neznámého vzorku. Jako jednoduchý příklad si rozeberme termogram pro látku, u které pozorujeme pouze její krystalizaci a tání (viz Obrázek 6 s komentářem). Takový typ termogramu je dostačující pro základní úlohy, rozbor složitějších termogramů je uveden v jednotlivých pokročilých úlohách

9 A B Obrázek 6: Kalorimetrický záznam s běžným (kapalným) vzorkem, který byl ochlazen pod teplotu tání (rychlé chlazení, 2-3) a ohřát nad ní (pomalý ohřev, 4-5). Na obrázku A i B jsou dobře viditelné píky pro exotermní krystalizaci (pík směřující dolů) a endotermní tání (pík směřující nahoru). Na obrázku B je termogram vynesen v závislosti na teplotě a to včetně standardního vyhodnocení onsetů a ploch píků. Povšimněte si hystereze onsetové teploty píků ani jejich plochy se zcela neshodují. Na obou obrázcích jsou též označeny jednotlivé kroky metody (body 1 až 6) a měřítko

10 Vyhodnocování termogramu Po pochopení fázového chování látky nás už nezajímá termogram jako celek, ale jen několik údajů, které z něho potřebujeme vyhodnotit. Pro vyhodnocování je možné využít software dodávaný výrobcem kalorimetru, kterým je v našem případě Pyris Software a jeho aplikace Data Analysis. Avšak tato aplikace z několika pohledů neposkytuje uspokojivé možnosti úprav a vyhodnocování termogramů. Mezi nevýhody při vyhodnocování patří nemožnost získat zároveň teplotu a k ní odpovídající čas; nutnost nahrávání komplikovaných kalibračních souborů před měřením; nutnost ručního vyhodnocování onsetových teplot píků; a další drobnosti včetně nestability programu. Z těchto důvodů byl v softwaru Agilent VEE Pro vytvořen program VEPED pro běžné případy vyhodnocování termických dějů spojených s píky (ukázka hlavního okna programu viz Obrázek 7). Program VEPED eliminuje většinu nevýhod aplikace Data Analysis a značně zjednodušuje práci spojenou s vyhodnocováním. Některé jevy, např. skelný přechod je ovšem třeba vyhodnocovat v aplikaci Data Analysis. Informace o konkrétních níže uváděných postupech vyhodnocování píků programem VEPED naleznete v příslušném DODATKU, který není nutné si před úlohou nastudovat. Obrázek 7: Ukázka okna běžícího programu VEPED s nahraným termogramem. Úprava termogramu před jeho vyhodnocením Doporučovaným krokem před zahájením vyhodnocování termogramů je jejich úprava. Ta se skládá především z takzvané slope correction - naškálování termogramů tak, aby konstantní hodnoty tepelných toků na izotermách před ohřevem a po něm byly v rovině (viz Obrázek 8). Tato úprava zajistí lepší přehlednost a porovnatelnost termogramů s dalšími měřeními ve stejném či jiném DSC a je klíčová pro správnou volbu baseliny při vyhodnocování píků (viz následující podkapitola). Mírnější sklon tepelného toku nám poskytuje lepší odhad počátku a konce píku a také zvýrazňuje rozdíl v hladinách tepelného toku před a za píkem užitečný pro správnou volbu typu baseliny

11 Obrázek 8: Ukázka provedení slope correction - úpravy náklonu píků tak, aby se izotermní oblasti srovnaly a termogramy pak byly lépe čitelné a porovnatelné s výsledky z jiných měření a kalorimetrů. Měření se často provádí se zvolenou výrazně vyšší rychlostí chlazení a exotermní efekty v takovém případě vizuálně dominují termogramu. Pokud z nich nechceme vyhodnocovat žádná data, hodí se využít funkce oříznutí exotermních efektů, kterou VEPED nabízí, čímž v kombinaci se slope correction získáme přehledný termogram. Správná volba baseliny Kromě teploty je základní charakteristikou píku množství tepla, které vzorek při daném ději vyměnil s okolím, vyhodnocované jako integrál plochy mezi křivkou tepelného toku a tzv. baselinou. Baselina je křivka, která se volí tak, aby kopírovala předpokládaný virtuální průběh tepelného toku pod píkem. Nejčastěji se používá úsečka (viz Obrázek 9A), či křivka s esovitým průběhem (viz Obrázek 9B). Úsečku (tzv. lineární baselinu) využíváme v případech, kdy je tepelná kapacita (tedy i tepelný tok) před a za píkem zhruba stejná. Esovitou křivku (tzv. sigmoidní baselinu) je třeba volit, když jsou hladiny tepelného toku značně rozdílné a vidíme mezi nimi schod. Kromě typu baseliny je klíčové správně vybrat body, v nichž integraci píku zahájíme a ukončíme. K tomuto kroku je nutné si přiblížit základnu píku až na úroveň, kdy na tepelném toku rozeznáme šum (bez provedení slope correction to často ani není možné). Pak hledáme místa, od nichž dále už tepelný tok lze snadno aproximovat přímkou představující tepelnou kapacitu fáze před a za píkem. Volba baseliny neovlivní pouze hodnotu vyměněného tepla, ale v menší míře i jeho onsetovou teplotu. Ta se totiž získá jako průsečík baseliny a tečny náběhové strany píku v jejím inflexním bodě. Posunutí baseliny tedy způsobí i posunutí bodu průniku onsetu

12 Obrázek 9: Použití lineární baseliny (A) a sigmoidní baseliny (B). 3 Shrnutí laboratorní práce 1) Spustit metodu CHECK _h50.*m (30 min) 2) Připravit Metodu a Player pro kalibrační měření (30 min) 3) Pod dohledem asistenta vložit pánvičky (u PE4000) a spustit kalibrační experimenty (2 h) 4) Vyplnění kalibračních i vlastních experimentů do seznamu experimentů 5) Průběžně vyhodnocovat kalibrační měření 6) Připravit Metodu a Player pro zadanou úlohu (lze až po doběhnutí experimentu) 7) Pod dohledem asistenta vložit pánvičky (u PE4000) a spustit vlastní experiment (do 2 h) 8) Připravit kalibrační soubor.vcf 9) Vyhodnotit vlastní experiment 10) Vypracovat protokol (0,5 h) 11) Spustit metodu CHECK _h50.*m a zkontrolovat, zda se signál výrazně neliší od toho měřeného na počátku (30 min). 4 Tvorba protokolu Protokol k úloze (LFCHI a LFCHII) obsahuje standartní části: úvod (stručně shrnutý cíl práce), experimentální část (použité vybavení, vzorky, teplotní profily a náhřevové rychlosti), ukázkové výpočty, výsledky a závěr (stručné shrnutí výsledků). Do části výsledky patří zpravidla dvě tabulky: jedna s kalibračními experimenty, ve které se lze dočíst korekce použité pro vyhodnocení vzorku a tabulka s charakteristikou a výsledky všech měření asistentem vybraného vzorku(ů), včetně jejich statistiky. Tabulky můžete vytvořit v excelu a vytisknout nebo zpracovat ručně

13 5 Seznam experimentálních úloh 1) Základní úlohy (pro LFCHI a LFCHII) B0: Kontrola stavu pece před a po měření (povinná úloha CHECK ) B1: Teplotní a entalpická kalibrace kalorimetru B2: Stanovení teploty a entalpie tání neznámé organické látky B3: Stanovení čistoty vzorku na základě poklesu bodu tání 2) Úlohy se zvýšenou úrovní M1: Stanovení čistoty látek na základě změny bodu tání. M2: Stanovení fázového diagramu binárního systému organických látek. M3: Stanovení teploty a entalpie komplexního fázového přechodů (např. u pentakosanu, heptakosanu). M4: Stanovení teploty skelného přechodu a určení stupně krystalinity polymerů (např. u polyethylenglykolu s různou molární hmotností). M5: Stanovení fázových přechodů u systémů s metastabilní fází (např. u benzofenonu, 1,3-dimethylnaftalenu). M6: Stanovení fázového chování látek s monotropními/konkomitatními polymorfy 3) Pokročilé úlohy D1: Kalibrace DSC kalorimetrů z hlediska nastavení přesné teploty a plochého základního signálu tepelného toku D2: Stanovení fázového chování systému polymer + farmaceuticky účinná látka (např. u systému ibuprofen + eudragit či ibuprofen + poly(ε-kaprolakton)). D3: Stanovení tepelné kapacity látek vykazujících vodíkové můstky (bude demonstrováno na 1-heptanolu a srovnání jeho homomorfem, tj. oktanem). D4: Stanovení teploty a entalpie tání látky rozkládající se před táním? B0 Kontrola stavu pece před a po měření (povinná úloha CHECK) Cílem úlohy je ověřit, zda během práce na kalorimetru nedošlo k nežádoucím jevům (únik vzorku, poškození pecí). Na začátku laboratorní výuky asistent spustí (pokud nebude řečeno asistentem jinak) kontrolní měření základního signálu prázdných pecí a se studenty ho porovná s referenčním záznamem. Stejné měření bude studenty realizováno i po dokončení laboratorní práce. Vyhodnocení měření se nepožaduje, srovnání záznamu s referenčním měřením je ovšem podmínkou pro odevzdání pracoviště a protokolu po dokončení laboratorní úlohy. Shrnutí pokusu: 1) Vzorky: prázdné pece (u DSC 8500 i s víčky) 2) Teplotní program: připravená metoda CHECK_h50.*m nahraná v playeru CHECK.*p 3) Výstup: Porovnání s referenčním záznamem pomocí VEE programu CHECK

14 B1 Entalpická a teplotní kalibrace kalorimetru Jak bylo vysvětleno v kapitole 1.4, základním typem kalibrace DSC kalorimetrů je kalibrace z hlediska teploty a entalpie, která zaručí správné vyhodnocení pozorovaných píků. Ke kalibraci tepelného toku a teploty je potřeba změřit teploty a entalpie tání standardů, na něž jsou kladeny specifické požadavky (viz kap. 1.4). Tabulka 2 uvádí látky vhodné pro kalibraci přístrojů PE DSC 8500 a 4000 spolu s jejich literárními hodnotami naměřenými na adiabatických kalorimetrech. Výrobce předpokládá zanesení kalibračních dat do ovládacího softwaru kalorimetru, ovšem poněkud nepředloženým způsobem. V této práci se namísto toho připraví kalibrační soubor *.vcf (viz Dodatek 6.3), který se použije k ex-post kalibraci naměřených termogramů v programu VEPED. Tabulka 2: Používané kalibrační látky a jejich charakteristika Látka Teplota tání (T t) / C Přibližná teplota tuhnutí / C Entalpie tání / J/g Poznámky n-dekan 29, ,8 nepoužívat entalpii n-tetradekan 5, ,1 Naftalen 80, ,2 Kyselina benzoová 122, ,9 vysušený vzorek Indium 156, ,6 Antracene 215, ,8 nepoužívat entalpii Olovo 327, ,07 zalisované pod N 2 I při kalibračním měření je potřeba myslet na opakovatelnost, kterou zajistíme například tak, že provedeme tři měření s různými vzorky. Pokud používáme stejný vzorek, vždy ho vyjmeme z pece a znovu do ní vložíme, protože i pozice pánvičky má určitý vliv. Pro praktické účely kompletní kalibrace je vhodné vytvořit metodu, během níž se jeden vzorek změří při všech požadovaných rychlostech ohřevu, poté dojde k jeho přemístění a měření se opakuje. Kompletní kalibrace se zpravidla provádí pěti standardy pro všechny běžné náhřevové rychlosti (20, 10, 5, 2 a 0,5 C /min) trvá několik dní. Pro účely předmětu LFCH I a LFCH II je třeba postupovat rychleji, a proto se volí vždy tři vzorky vhodně pokrývající požadovaný rozsah a měří se pouze jednou. Cíl úlohy: Vytvořte kalibrační soubor pro účely vaší laboratorní úlohy a zhodnoťte kvalitu kalibrace. (Vezměte v úvahu rozptyl korekcí pro teplotu a entalpii u jednotlivých látek.) Shrnutí pokusu (LFCH I a LFCH II): 1) Vzorky: 3 vybrané vzorky z kalibrační sady pokrývající potřebný rozsah 2) Počet měření: po jednom měření pro každý standard 3) Teplotní program: Teplotní rozsah: vyberte dle standardu (viz Tabulka 1 a Tabulka 2) Rychlosti ohřevu: dle laboratorní úlohy, pro níž se kalibrace tvoří Rychlosti chlazení: 50 C/min (DSC 8500), 20 C/min (DSC 4000) 4) Výstup: kalibrační soubor kalibrace.vcf pro danou náhřevovou rychlost

15 B2 Stanovení teploty a entalpie tání neznámé organické látky. Základní kalorimetrickou úlohou je změření entalpie a teploty tání neznámého vzorku nebo látky, pro níž nejsou dostupná literární data. V úloze se bude pracovat s organickými látkami, které tají v rozsahu -50 C až 200 C, přičemž asistent sdělí skupenství vzorku při pokojové teplotě (pokud by studenti lisovali vzorek sami, samozřejmě by ho věděli). Pro hrubé určení teploty tání se provede přes požadovaný teplotní rozsah ohřev vysokou rychlostí (20 C /min). Pro tuto rychlost nepotřebujeme kalibraci, protože ji použijeme pouze pro určení užšího rozsahu, v němž budeme měřit znovu s pomalejším náhřevem (2 nebo 5 C /min dle zadání). Toto měření zopakujeme třikrát, přičemž vždy odebereme vzorek a znovu ho umístíme do pece. Měření vyhodnotíme dvěma způsoby: pomocí vhodně vybrané a námi připravené kalibrace a bez ní. Možnou chybu vzniklou zanedbáním kalibrace diskutujeme v protokolu. Cíl úlohy: Přesné určení entalpie a teploty tání neznámého vzorku pomocí vhodně vybrané a naměřené kalibrace. Statistické zpracování naměřených dat (průměr, u teploty absolutní odchylka, u entalpie relativní odchylka v %) a vyhodnocení vlivu kalibrace na výsledky. Shrnutí pokusu: 1) Vzorky: neznámý vzorek vybraný asistentem 2) Počet měření: jedno zkušební při 20 C/min + třikrát zadanou rychlostí 3) Teplotní program: Teplotní rozsah pro test: část rozsahu 50 C až 200 C dle skupenství vzorku Teplotní rozsah pro měření: vlastní výběr dle testu (viz Tabulka 1) Rychlost ohřevu: pro test 20 C /min, pro měření zadána asistentem Rychlosti chlazení: 50 C/min (DSC 8500), 20 C/min (DSC 4000) 4) Výstup: termogramy se netisknou, pouze analyzují v programu VEPED zhodnocení vlivu kalibrace na výsledky výsledky včetně statistiky uvést přehledně do protokolu

16 B3 Stanovení čistoty vzorku na základě poklesu bodu tání Kryoskopie je fyzikálně-chemická metoda, při které se studuje pokles teploty tání látky rozpouštědla způsobený přimísením daného množství druhé složky. Zvolíme-li vhodné uspořádání, je možné určit molární hmotnost rozpouštědla, jeho entalpii a teplotu tání (není-li možné je měřit přímo) nebo obsah nečistot. V této úloze využijeme námi stanovených vlastností čistého rozpouštědla k určení množství nečistot ve studovaném vzorku. Budeme-li uvažovat ideální chování kapalné fáze, není navíc ani nutné znát přesný charakter nečistot, ale vystačíme si s jednoduchým vztahem: = á í 1 á í čistá 1 á í směs Z něj vyplývá, že pro látku o známé molární hmotnosti M nejdříve potřebujeme změřit teplotu tání á í čistá a entalpii tání á í čistého vzorku a následně teplotu tání á í směs vzorku, jehož čistotu chceme určit. Tím získáme čistotu dané látky za předpokladu ideální rozpustnosti x*. Cíl úlohy: Určení entalpie a teploty tání známé čisté látky (asistent sdělí vzorec a přibližnou teplotu tání) pomocí vhodně vybrané a naměřené kalibrace. Změření teploty tání vzorku s příměsí a určení jeho čistoty. Statistické zpracování naměřených dat (průměr, u teploty absolutní odchylka, u entalpie relativní odchylka v %). Shrnutí pokusu: 1) Vzorky neznámý vzorek (čistý a s příměsí) vybraný asistentem 2) Počet měření: 3x čistá látka, 3x látka s příměsí 3) Teplotní program: Teplotní rozsah pro měření: dle udané teploty tání (viz Tabulka 1) Rychlost ohřevu: 5 C/min Rychlosti chlazení: 50 C/min (DSC 8500), 20 C/min (DSC 4000) 4) Výstup: termogramy se netisknou, pouze analyzují v programu VEPED teplota a entalpie tání čistého vzorku, čistota vzorku s příměsí výsledky včetně statistiky uvést přehledně do protokolu

17 6 Dodatky Předešlé kapitoly shrnutí základní úroveň obecných znalostí nutných k pochopení kalorimetrických experimentů. Pro jejich realizaci je ovšem nutné znát detaily související přímo s použitým přístrojem a jeho softwarovým vybavením. Programování experimentu v programu Pyris Software a konkrétní kroky při vyhodnocovaní v prostředí Agilent VEE Pro jsou popsány v následující dodatcích. Vzhledem k jejich specifické povaze a komplexnosti je není třeba znát zpaměti, ale je vhodné se s nimi zběžně seznámit pro lepší pochopení průběhu laboratorní práce. Zástupce jednotlivých aplikací vytvořených v prostředí Agilent VEE Pro najdete na ploše. Po jejich spuštění se otevře okno s programovým prostředím Agilent VEE Pro obsahující zdrojový kód zvolené aplikace. DO TĚCHTO SCHÉMAT NEZASAHUJTE A PŘI UZAVÍRÁNÍ PROGRAMŮ NIC NEUKLÁDEJTE! Spuštění naprogramované aplikace provedete stiskem tlačítka na liště nástrojů, či stlačením CTRL + G. Následná reakce záleží na naprogramovaném chování konkrétní aplikace. Před vypnutím programu je nutné spuštěnou aplikaci zastavit stisknutím tlačítka, či CTRL + F5. Programování experimentu (Pyris Software) Experimenty na kalorimetrech PE se programují v nativním programu Pyris Software ve dvou krocích: jako metody (teplotní profil experimentu) a playery (manipulace se vzorky, volba kalibrace a spouštění metod). Obrázek 10 znázorňuje jednotlivé aplikace v okně programu. Obrázek 10: Okno programu Pyris Software (vlevo) a jeho popis (vpravo) Studenti LFCH I a LFCH II pracujte výhradně s adresáři: V adresáři D:/SLab/ vytvořte kopii pracovního adresáře xxx_dd_mm_yyyy_skxx, kterou pojmenujete dle příkladu: 011_24_03_2018_sk06 V adresáři najdete složky: Data (pro ukládání všech výsledků/termogramů) Methods (pro ukládání metod) Players (pro ukládání playerů). Calibrations (defaultní kalibrace, soubory.vcf)

18 Tvorba metody: Obrázek 11: Ukázka vyplněné karty Program v okně Metod Editoru. Vytvořený program zajišťuje předtavení vzorku při 180 C a jeden běh experimentu od 100 C do 180 C rychlostí 10 C/min. Chlazení a ohřevy mimo oblast experimentu běží s rychlostí 50 C/min. V horní části okna je též dobře vidět název metody, jméno vzorku a název výstupního souboru. 1) Přepnutí Pyris do režimu Method Editor (panel Window Method Editor). 2) Volba File New Method nebo File Open Method (Pozn.: Lze také snáze začít editací již vytvořené metody). 3) Záložka Sample Info v okně Method Editoru: vyplnění položky Sample ID (jméno vzorku) a Operator ID (číslo skupiny, příjmení). Zbylé položky [Enter Sample Weight a Save Data As (kam a jak se budou ukládat naměřené termogramy)] se mohou přeskočit dají se vyplnit až během vytváření Playeru. 4) Záložka Initial state: přepnutí toku dusíku na 20 ml/min (Switch the gas to Nitrogen pravé tl. myši Edit an Item) (Pozn.: bývá vyplněno, stačí jen zkontrolovat) Nastavení podmínky pro zahájení měření v okamžiku, kdy se ustálí tepelný tok (Start the Run pravé tl. myši Add an Event A Signal Equilibrates Signal: Heat Flow Criterion (+/-): mw) Nastavení výchozí teploty (Set Initial Values) na 30 C bez ohledu na požadavky úlohy. 5) Záložka Program pro vytvoření metody (Nejprve přečtěte celý bod, pak pracujte): Vytvořte požadovaný teplotní průběh s pomocí tlačítek Add a step (vkládá nový krok vždy za poslední krok v metodě) a Insert a step (vkládá nový krok před krok označený v metodě) Temperature scan ohřev či chlazení zadanou rychlostí do zadané teploty (ohřev z teploty nastavené v předchozím kroku)

19 Isotermal udržení konstantní teploty po požadovanou dobu (při teplotě nastavené v předchozím kroku) Kliknutím na konkrétní krok [1), 2), ] v metodě je možné nastavit parametry kroku v levé spodní části okna (čtěte pozorně významy políček!) Vždy je nutné začít rychlým ohřevem/ochlazením na teplotu požadovanou v zadané úloze, včetně případného předtavení vzorku tak, aby byl zajištěn jeho lepší kontakt se dnem pánvičky (pokud v zadání úlohy není řečeno jinak) Každému ohřívání/chlazení předchází krátká cca 3 min izoterma Vlastní experiment zpravidla probíhá tak, že cca 3 minuty je udržována konstantní teplota a pak je lineárně zvyšována přes požadovaný interval. Poté následuje opět izoterma a zchlazení zpět (vyšší rychlostí, protože záznam z chlazení není důležitý). Volba počáteční a koncové teploty pro sken nezávisí jen vzorku ale i na náhřevové rychlosti (viz 2.1 Plánování experimentu). Kontrola nastaveného programu klik na Temperature program (zobrazení grafu s průběhem teplotního programu v čase, viz Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.) 6) Uložení nastavené metody: File Save Method As do vašeho podadresáře Methods pod názvem SLab_vzorek_SCAN+A+B_hC v názvu metody zaměnit jméno vzorku (vzorek), +A a +B (resp. A, B) za teplotní meze hlavního skenu ve C a C za náhřevovou rychlost. Tvorba playeru (po vytvoření všech relevantních metod): Obrázek 12: Ukázka souhrnu všech kroků (View Play List) vyplněných na záložce Edit Play List aplikace Pyris Player. Po spuštění Playeru budou kroky postupně kalorimetrem prováděny

20 1) Přepnutí Pyrisu do režimu Pyris Player (ikona s CD diskem, ). pokud problém: Window Player Editor 2) Zvolte File New Player, případně Open Player 3) Přesuňte se do záložky Edit Play List. 4) Vytvořte záložku pro nový pokus Add a step Prepare Sample a pojmenujte ji dle vzorku. 5) Add a step Go to Temperature: 30 C (bezpečná teplota pro vkládání vzorků) 6) (Pouze PE DSC 8500) Udání pokynu autosampleru, aby umístil pánvičky se vzorkem a referencí (Add a step Load Sample a Load Reference). Nutné nastavit, z jaké pozice v pořadači se má pánvička vzít (viz otevřený list_of_measurements.xlsx karta Autosampler). Neupravovat manipulaci s víčky pecí (,,Lids ). 7) Změna kalibrace (Add a step Change Calibration Browse): Kalibrace se provádí ex-post a proto se volí soubor default.*c nacházející se ve vašem adresáři (V některých případech nejsou soubory vidět, je třeba nastavit zobrazení souborů všech typů) 8) Načtení vytvořené metody (Add a step Start Method) kontrola Sample info vyplnění hmotnosti vzorku v pánvičce nastavení názvu souboru s výsledky a adresáře kam bude uložen: Save Data As Browse váš adresář Data název ve formátu xxxxxx_slab_vzorek_scan+a+b_hc. xxxxxx nahraďte číslem experimentu uvedeným v prvním sloupci karty Measurements v souboru D:/list_of_measurements.xlsx A, B a C odpovídá počáteční a koncové teplotě experimentu a rychlosti ohřevu 9) Add a step Go to Temperature: 30 C 10) (Pouze PE DSC 8500) Udání pokynu autosampleru, aby vrátil pánvičky se vzorkem a referencí (Add a Step Return Sample a Return Reference) nastavení, do jaké pozice v pořadači se mají pánvičky umístit 11) (Pouze PE DSC 8500) Analýza dalších vzorků viz body 4 až 10 (viz Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.): možno označit vytvořenou záložku Prepare Sample: a zkopírovat ji (CTRL+C CTRL+V, to funguje i na všechny další položky) další kroky možno zjednodušit (vypustit již nahrané kalibrace, opakující se nahrané teploty, atd.) 12) Uložení playeru: File Save Player As do vašeho podadresáře Players pod názvem dle příkladu: SLab_(vzorek1_hC1)_(vzorek2_hC2) _(vzorekn_hcn). přepsat tučné části a upravit dle počtu vzorků (více látek lze do jednoho playeru nastavit jen u DSC 8500, u DSC 4000 máte pro každou látku separátní player) místo vzorek* dejte název látky a místo C* použité rychlosti při experimentu 13) Po kontrole asistentem (!!!) je možno měření zahájit tl. (lišta ovládacích prvků aplikací)

21 VEPED (Vyhodnocování termogramů) 1) Po spuštění se objeví dialog s hlavičkou,,input Data File Name: vyhledání souboru se záznamem termogramu, který vytvořil Pyris Software během měření potvrzení volby 2) Druhé dialogové okno s hlavičkou Input Calibration File Name: nahrání kalibrace načtení souboru s koncovkou *.vcf a nahrání kalibrace pro při měření použitou rychlost ohřevu potvrzení volby tl. OTEVŘÍT tl. OK nebo bez kalibrace (bez korekce termogramů) tl. STORNO tl. OK Následně se již dostanete do okna, které umožňuje upravovat a vyhodnocovat nahraný termogram (viz Obrázek 7). Jednotlivé základní činnosti jsou uvedeny níže. Úprava sklonu termogramu: 1) V prvním kroku proveďte slope korekci stiskněte Slope Correction 2) Potvrzení vyrovnání tepelných toků v bodech vypsaných v tabulce tl.,confirm Úprava zobrazení v okně s termogramem: V černé operační části okna je záznam tepelného toku, měřené a nastavené teploty v čase. Pro účely přehledného a správného vyhodnocení termogramů nenabízí operační okno mnoho prostoru. Proto je potřeba si žádoucí části vhodně (i opakovaně) přiblížit. 1) Tažením myši při stisknutém levém tlačítku se objeví bílý obdélník označující oblast ke zvětšení (viz Obrázek 13) 2) Při uvolnění tlačítka dojde k okamžitému zvětšení aktuálně vyznačené oblasti 3) Pro navrácení se k prvotnímu celkovému pohledu stačí stisknout tlačítko Autoscale nacházející se v levém dolním rohu aplikace Obrázek 13: Výběr oblasti pro přiblížení tahem myší při stisknutém levém tlačítku Integrace píku a vyhodnocení onsetu s využitím standardní baseliny: 1) Úprava sklonu termogramu a přiblížení základny vyhodnocovaného píku (viz výše) 2) Zobrazení značek pro označení hraničních bodů baseliny pravé tl. myši v okně Center Markers 3) Posunutí značek k přibližným hraničním bodům baseliny (viz Obrázek 14)

22 Obrázek 14: Přibližné označení hraničních bodů baseliny, včetně vytvoření značek (pravé tl. myši Center Markers) a posunutí značek (levé tl. myši a tažení). 4) Přepnutí do okna s detailním nastavením integrace s lineární baselinou stiskněte Integrate Peak Linear 5) Zvětšení náběhových hran integrovaného píku s dostatečně širokým okolím (i několikrát pro obdržení dobrého detailu) a úprava pozic hraničních bodů (stejný postup jako v bodech 1 až 3; viz Obrázek 15) Obrázek 15: Okno s detailním nastavením parametrů integrace, včetně zvětšení náběhových hran píku a úprava pozic hran přímkové baseliny. 6) Dle potřeby nová integrace dle upravených hraničních bodů tlačítko Reintegrate. Jednotlivé výsledky integrace se sbírají v pravé části okna (onset v minutách, teplota maxima píku v K, onset v K, entalpie přechodu v J g 1 ; viz tabulka s průběžnými výsledky integrací výše)

23 7) Ukončení integrace a přenesení posledního vygenerovaného výsledku integrace zpět do výchozího okna aplikace tlačítko OK. Poslední výsledky z jednotlivých integrací píků se shromažďují v tabulce v pravé spodní části aplikace VEPED (viz Obrázek 7). 8) Program výsledky automaticky exportuje do textového souboru vytvořeného ve stejném adresáři jako zdrojový soubor. Integrace píku a vyhodnocení onsetu s využitím sigmoidní baseliny: Integrace se sigmoidní baselinou se řídí téměř stejným postupem jako v případě integrace se standardní baselinou, jen se v bodě 4 volí Integrate Peak Sigmoidal. Dalším rozdílem je nutnost věnovat větší péči nastavení hraničních bodů tak, aby sigmoidní funkce plynně navazovala na průběh tepelného toku před a za píkem (viz Obrázek 9B). Problém s nastavením hraničních bodů může nastat u termogramů s viditelným šumem. V tomto případě je občas nutné termogram opatrně vyhladit (viz následující bod). Vyhlazení šumu v termogramech K vyhlazení šumu aplikace využívá klouzavý průměr z vybraného počtu následných hodnot (nachází se vpravo dole v okně s detailním nastavením parametrů integrace a je označený jako Smooth pts, viz Obrázek 15). Tuto hodnotu lze opatrně po desítkách měnit a spolu se stiskem tl. Reintegrate sledovat, jak se záznam vyhlazuje. POZOR! Při vyhlazování je nutné sledovat změny ve vyhodnocované ploše píku a v hodnotě onsetu, při přílišném vyhlazení dochází k výrazné deformaci píku a k negativnímu ovlivnění výsledků! Rozdělení slitých píků při integraci 1) Integrace všech slitých píků dohromady (viz předchozí body, zpravidla se používá lineární baselina) 2) Přiblížení a úprava hraničních bodů tak, aby baselina dobře navazovala na tepelný tok před a za slitým píkem (opakovaně tl. Reintegrate, případné lehké vyhlazení). Ukázka výsledku viz obrázek vpravo. 3) Přesun počátečního trojúhelníčku do místa řezu (minimum mezi píky) stisk tl. Split 4) Opakování bodu 5 do doby, než budou provedeny všechny řezy (na obrázku vpravo dva řezy v naznačených minimech). 5) Po dokončení řezání (ukázka výsledku řezání viz obrázek vlevo) potvrdit konec integrace tl. OK návrat do hlavního okna aplikace 6) Výsledky pro jednotlivé oblasti řezů se zobrazí ve výsledkové tabulce (viz obrázek níže)

24 Create vcf Program Create vcf slouží k tvorbě vstupního kalibračního souboru pro aplikaci VEPED. V okně aplikace (viz obrázek vpravo) jednoduše vybereme, či vytvoříme (tl. Add Compound) minimálně 3 kalibrační standardy, které budeme chtít využít pro korekci termogramů vyhodnocovaných při konkrétních rychlostech (zaškrtnutí v kolonkách Export? ). Do sloupce T(lit,m) zadáváme hodnoty teplot tání standardů získané z literatury. Pro korekci vlivu rychlosti ohřevu na posun měřené teploty do sloupce T(corr) zadáváme rozdíl mezi námi změřenou teplotou tání standardu při zvolené rychlosti ohřevu a jeho referenční teplotou tání: á í exp. á í lit.. Za účelem korekce na posun tepelného toku zadáváme do políčka HeatFlow průměr z relativních odchylek naměřených hodnot entalpií tání standardů od referenčních hodnot. Tento průměr pohybující se okolo -0.1 je definovaný jako á í. 1. á í. Pro export do souboru typu.vcf pak stačí jen stisknout Export vcf file, zvolit název souboru obsahující informaci o rychlosti ohřevu pro kterou byl sestaven a zvolit cestu, kam má být soubor uložen. Poznámka: Otazníky v okně programu slouží jako nápověda, která se aktivuje kliknutím