Perkin-Elmer社製 示差走査熱量計(DSC) Pyris 1

目次

Pyris 1について
操作方法
キャリブレーション
サンプルパン
注意事項

Pyris 1について

Pyris 1 DSCは試料と基準物質との間に生じる温度差が0になるようにした時の, 両者に加えた単位時間当たりの熱エネルギーの入力差を測定する入力補償型 示差走査熱量計である.
DSC (Perkin-Elmer)

Pyris 1 DSC (Perkin-Elmer)


操作方法

1. 装置の立ち上げ

  1. パージガスを流す.
    パージガスには窒素ガスやアルゴンガスを用いる
    (試料が窒素と反応する場合にはアルゴンガスを用いるなど,適当なパージガスを選ぶこと).
    二次側の圧力調整器の圧力が1.6 atm以上(1.6 atmが最適)になるようにする.
  2. 装置およびパソコンの電源を入れる.
  3. ディスプレイ上部にマウスのポインタを持っていく.
    [Pyris Manager]が表示されるのでofflineになっているInstrumentボタンを押し,Pyris熱分析ソフトウェアを立ち上げる. Instrumentボタンに装置の温度が表示されれば,装置とパソコンが接続できている.
    Phyris Manager

    Pyris Manager起動前

    Phyris Manager

    Pyris Manager起動後

2. 測定の準備

  1. 装置を開く.
    注意:装置の開閉を行うときは装置の温度を確認すること
  2. 氷と水をIce Wataer Containerを入れる.
    氷を入れてから30分置き,温度が平衡になるまで待つ.
  3. Pyris熱分析ソフトウェアのControl Panelから温度を設定し,Go To Temperatureボタンを押す.
  4. キャリブレーションをしていない場合にはキャリブレーションをする必要がある.
    詳しくはキャリブレーション参照.
  5. パンをSample Holderに装置に入れる.
    白金容器のフタを取り,パンを入れる.
    向かって右側にリファレンスを,左側にサンプルを入れる.
    パンの作製方法はサンプルパン参照
    Sample Holder

    Sample Holder上面図

装置の開け方

まず温度表示部分が干渉しないように90度回転させる.黒いネジ部がストッパーになっている.

装置上部の取っ手を上に向けて回す.この状態でサンプルの出し入れをする.

装置下部のつまみを左に回す.

装置を持ちあげる.中にある金属の棒を立て,装置を固定する.
この状態で氷水を入れる.

3. プログラムの作成

プログラムおよび測定する試料の情報などは[Method Editer]を用いて行う.

  1. [Sample Info]タブを開き,測定する試料の情報を入れる.
    Sample Info タブ

    Sample Infoタグ

    Sample IDサンプル名を入力する.
    Operator ID測定者名を入力する.
    Commentコメントを入力する.
    Weightサンプルの重量を入力する.
    Directory測定データの保存場所を入力する.Browseより選ぶ.
    File Name保存するファイル名を入力する.

  2. [Initial State]タブを開き,実験の初期条件を入力する.
    Initial State タブ

    Initial Stateタブ

    Temperature開始温度を入力する.
    Y InitialY軸の開始熱量を入力する.
    Set Purge Gasパージガスの種類および流量を入力する.

  3. [Program]タブを開き,測定プログラムを入力する.
    Program タブ

    Programタブ

    Add a step : プログラムの最後に新しいステップを加える.
    Insert a step : プログラムの途中にステップを挿入する.
    Delete a step : 選択しているステップをプログラムから削除する.

    プログラムのステップ
    ステップ名プログラムに表示される英文内容
    Temperature ScanHeat/Cool from X℃ to Y℃ at Z ℃/minX℃からY℃までZ℃/minで昇温/冷却させる.
    * 実際に入力する必要があるのはYとZのみ
    IsothermalHold for X min at Y ℃Y℃でX分保持する.

  4. [End Condition]ボタンを押し,測定終了時の温度等を入力する.

    測定プログラムはメニューの"Save Method As..."で保存,"Save Method"で上書き保存できる.また"Open Method"で保存したプログラムを開くことができる.

4. 測定開始

  1. Control PanelのStart/Stop Methodボタンを押す.

5. 測定終了

  1. 測定が終了したら装置の温度が30℃以下に下がるまで待つ.
  2. 装置を開き,中のサンプルを取りだす.
  3. Pyris Managerを終了させる場合には,メニューの"Exit"をクリックする.

キャリブレーション

正確な温度測定のために,DSCはキャリブレーションを行うべきである. キャリブレーションは標準物質の転移温度の測定と装置の設定の2段階に分けられる.

標準物質の測定

温度キャリブレーションを行うためには,標準物質の転移点の温度を測定する必要がある. マニュアルにはInとZnの2つのサンプルで行うとあるが,より正確を期すためにIn, Sn, Bi, Pb, ZnおよびLSOの6つの試料でキャリブレーションする. また昇温速度も同様の理由で5 K/min, 10 K/min, 20 K/minの3つで行う.

それぞれの転移温度の文献値は,

物質Temperature / K
In156.60
Sn231.93
Bi271.40
Pb327.469
Zn419.53
LSO578.28

である.またInの融解エントロピーの文献値は28.45 J/molである.

  1. Baseline補正を行う.
  2. 転移温度付近の温度を3回昇温させて,熱量を測る.
    このプログラムはcalibrationファイルの中に保存してあるのでそれを使えば良い.
  3. 測定データから転移のOnset温度(Inの場合には転移エンタルピーも)を求める.
    Onset温度の求め方は,
    メミューのcalc. - Peak Areaをクリック → Onsetのチェックボックスをクリック
    sinusoidalを選択 → 範囲を指定する.
  4. 3回の測定の平均値をとる.
  5. 行程1-3を6つの物質,3つの昇温速度で行う(計18回の測定).
  6. 同じ物質の5 K/min,10 K/min,20 K/minの3つのデータから直線近似する.
  7. 行程5で得た式から0 K/min,5 K/min,10 K/min,15 K/min,20 K/minの値を求める.
  8. 行程5-6を全物質で行う.

装置の設定

標準物質の測定から得たデータを基に,装置のキャリブレーションを行う.操作は主に[calibration]エディターで行う.

[calibration]エディターはメニューのView → calibrate をクリックするすることで起動できる.

Temperatureタブ

[calibration]エディター Temperatureタブ

Heat Flowタブ

[calibration]エディター Heat Flowタブ

Furnaceタブ

[calibration]エディター Furnaceタブ

  1. 現在の較正ファイルを全部消去する.
    [calibration]エディターを起動 → メニューのRestor - Allをクリック
  2. 未較正のファイルを作る.
    TemperatureタブとHeat FlowタブのExp. Onset(文献値)およびMeus. Onset(測定値)に文献値を入力する.
    入力する物質はIn,Sn,Bi,Pb,Znの融点,LSOの転移点,Inの融解エントロピーである.
    右側のUseのチェックボックスをクリックすること.
  3. Save and Applyを押す.その後必ずcloseボタンを押すこと.
  4. 再び[calibration]エディターを起動し,Meus. Onsetに[標準物質の測定]で得た値を入力する.
    Save and Applyで上書き保存し,closeを押す.
  5. 炉の温度較正を行う.
    DSCの測定準備をし,Sample Holderを空にする.
    [calibration]エディターを起動してFurnaceタブを開き,温度を最低25℃最高600℃と入力する.
    Begin Calibrationボタンを押し,OKを選択する.
    炉の温度較正はおよそ20分で終わる.
    終了後,SaveSave and Applyで上書き保存し,closeを押す.

サンプルパン

DSC測定に使用する粉末試料,液体試料はパンに入れて測定する. パンにはいろいろ種類があるが,通常アルミニウム製のものを使う. アルミニウムは融点が615℃なので,600℃以上に加熱する測定では使用しないこと.

パンに試料を入れた後,フタをしてハンドプレスで封をする. プレスする前にパンとフタの質量を測定しておくと,試料の質量を計算できるため良い.

ハンドプレス

ハンドプレス


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