DE102021202859A1

DE102021202859A1 - Probenbehälter für thermoanalyse und thermoanalysator

Info

Publication number: DE102021202859A1
Application number: DE102021202859.4A
Authority: DE
Inventors: Ryokuhei Yamazaki; Shinya Nishimura
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2021156862A; US20210302342A1; CN113447515A

Abstract

Offenbart ist ein Thermoanalysator, der das Beobachten einer Probe ermöglicht. Der Thermoanalysator ermöglicht die zuverlässige Beobachtung einer filmähnlichen Probe, indem ein Problem gelöst wird, dass die filmähnliche Probe einer thermischen Verformung wie beispielsweise Schrumpfen oder Verziehen unterliegt, wenn die Probe erwärmt oder abgekühlt wird. Ferner ist ein Probenbehälter für einen Thermoanalysator offenbart, der dazu verwendet wird, die thermischen Verhaltensweisen einer Probe zu messen, die sich auf ein Erwärmen oder Abkühlen der Probe zurückführen lassen, und die Probe zu beobachten. Der Behälter umfasst einen Hauptkörper mit einer zylinderförmigen Unterseite und einer offenen zylinderförmigen Oberseite und einer transparenten oder lichtdurchlässigen Druckplatte, die mit einer Innenoberfläche der Öffnung des Hauptkörpers in Kontakt ist und zumindest die Druckplatte, die auf einer Probe platziert ist, die auf der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers platziert ist, nach unten drückt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Probenbehälter für eine physikalische Thermoanalyse einer Probe während des Erwärmens oder Abkühlens der Probe und auf einen Thermoanalysator unter Verwendung desselben.
Beschreibung der verwandten Technik
Herkömmlicherweise wird als Verfahren zum Evaluieren der Temperaturcharakteristika einer Probe eine Thermoanalysetechnik verwendet, die Änderungen der physikalischen Eigenschaften einer Probe misst, die sich auf Temperaturänderungen während des Erwärmens oder Abkühlens der Probe zurückführen lassen. Eine Thermoanalyse ist in JIS K0129:2005 „General Rules for Thermal Analysis“ definiert, und ein Verfahren zum Messen der physikalischen Eigenschaften einer Probe während einer Programmsteuerung der Temperatur eines Messziels (Probe) wird Thermoanalyse genannt. Es bestehen fünf Thermoanalysetechniken: (1) Differenzial-Thermoanalyse (differential thermal analysis, DTA) zum Erfassen der Temperatur (Temperaturdifferenz), (2) Differenzial-Scanning-Kalorimeter (differential scanning calorimeter, DSC) zum Erfassen der Wärmestromdifferenz, (3) Thermogravimetrie (TG) zum Erfassen des Gewichts (Gewichtsänderung), (4) thermomechanische Analyse (TMA) zum Erfassen von mechanischen Eigenschaften und (5) dynamische mechanische Analyse (DMA).
Ferner bestand in den vergangenen Jahren eine Nachfrage danach, den Zustand einer Probe während der Thermoanalyse zu beobachten, und es ist ein Thermoanalysator bekannt, bei dem ein Wärmeofen zum Erwärmen einer Probe mit einer Öffnung bereitgestellt ist und die Probe durch die Öffnung beobachtet wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 und 2).
Ferner wird für eine derartige Beobachtung ein Probenbehälter mit einer zylinderförmigen Unterseite und einer offenen zylinderförmigen Oberseite verwendet, der in Patentliteratur 2 beschrieben ist.
Außerdem ist ein geschlossener Probenbehälter bekannt, bei dem eine Frontkappe das vordere Ende eines Behälters bedeckt und eine Probe in dem Behälter drückt, um den Kontakt zwischen der Probe und der Unterseitenoberfläche des Behälters zu stabilisieren (siehe beispielsweise Patentliteratur 3).
Beschreibung der verwandten Technik
Patentliteratur

(Patentliteratur 1) Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. H8-327573
(Patentliteratur 2) Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-173209
(Patentliteratur 3) Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. S62-231147

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Filmähnliche Proben wie beispielsweise Polymerfilme und Papier erfahren wahrscheinlich eine thermische Verformung wie beispielsweise Schrumpfen und Verziehen, wenn die Proben erwärmt werden. In dieser Hinsicht haben herkömmliche Probenbehälter Probleme damit, dass ein herkömmlicher Behälter mit offenem Ende die thermische Verformung einer darin enthaltenen Probe nicht reduzieren kann und dass eine Probe, die in einem herkömmlichen Behälter mit geschlossenem Ende enthalten ist, nicht beobachtet werden kann.
Andererseits hat ein herkömmlicher Thermoanalysator zum Beobachten eines Probenbehälters Probleme damit, dass, wenn eine thermische Verformung einer Probe während des Erwärmens oder Abkühlens auftritt, Reflexion und Lichtwinkel sich gemäß einer Änderung der Oberflächenneigung der Probe ändern, die Beobachtung der Probe hinsichtlich Farbe und Struktur beeinträchtigt wird und ein Bereich der zu analysierenden Probe verändert wird, da eine Position der zu analysierenden Probe verändert wird.
Deshalb ist die vorliegende Erfindung erfolgt, um die Probleme zu lösen, die in der herkömmlichen Technik auftreten, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Probendruckvorrichtung, mit der eine Probe stabil beobachtet werden kann, selbst wenn die Probe erwärmt oder abgekühlt wird, und einen Thermoanalysator zu schaffen, der dieselbe verwendet.
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung einen Probenbehälter, der dazu konfiguriert ist, eine zu messende Probe aufzunehmen, und eine Druckplatte, die dazu konfiguriert ist, die Probe derart zu drücken, dass die Probe mit einer Unterseite des Probenbehälters in Kontakt bleibt, und die mit zumindest einem Abschnitt versehen ist, der transparent oder lichtdurchlässig ist. Mit der transparenten Druckplatte kann die Probe von oben beobachtet werden, und eine thermische Verformung der Probe kann verhindert werden.
Die Druckplatte kann aus einem beliebigen von Quarzglas, Saphirglas, YAG-Keramik, Tempax-Glas, NeoCeram-Glas, Vycor-Glas und Pyrex-Glas hergestellt sein.
Mit der Verwendung der Druckplatte können Veränderungen der Probe von oben durch die Druckplatte beobachtet werden, während die Probe erwärmt oder abgekühlt wird. Außerdem kann, da die Druckplatte die Probe von oben drückt und hält, die thermische Verformung der Probe reduziert werden.
Durch Reduzieren der thermischen Verformung der Probe können Änderungen bezüglich der Neigung der Probenoberfläche verhindert werden. Dies verhindert die Reflexion von Licht auf der Probenoberfläche während des Erwärmens oder Abkühlens der Probe, wodurch Änderungen der Farbe und Struktur der Probe genau beobachtet werden können.
Des Weiteren kommt es, wenn Änderungen der Eigenschaften eines Bereichs der Probe gemäß einer Änderung der Temperatur der Probe durch Bildanalyse beobachtet werden, in einem Fall, in dem die Probe einer thermischen Verformung unterliegt, da der zu beobachtende Bereich durch die thermische Verformung betroffen ist, zu einem Fehler in dem Analyseergebnis. Die vorliegende Erfindung kann die thermische Verformung der Probe reduzieren, wodurch ein Fehler im Analyseergebnis reduziert wird und die Genauigkeit der Analyse verbessert wird.
Durch Reduzieren der thermischen Verformung der Probe kann der Kontakt zwischen der Unterseitenoberfläche des Behälters und der Probe gemäß der thermischen Verformung stabilisiert werden. Dies stabilisiert die Messung des Wärmewerts und Gewichts durch Erfassen eines Signals über einen Sensor, der mit der Unterseitenoberfläche des Behälters in Kontakt ist, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird. Die Druckplatte hält die Probe auf der Unterseitenoberfläche des Behälters nieder, indem die Probe mit einem Abschnitt derselben oder dem Gewicht derselben von oben gedrückt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Probe erwärmt oder abgekühlt wird, die thermische Verformung der Probe reduziert werden, wodurch eine zuverlässige Beobachtung der Probe ermöglicht wird. Ferner können, da die thermische Verformung der Probe reduziert wird, wenn die Probe erwärmt oder abgekühlt wird, die Eigenschaften der Probe durch thermische Analyse genau evaluiert werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittansicht, die die Konstruktion eines Thermoanalysators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine Querschnittansicht entlang einer Achsenrichtung L, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist eine Querschnittansicht, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 ist eine Querschnittansicht entlang einer Achsenrichtung L, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 ist eine Querschnittansicht entlang einer Achsenrichtung L, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 ist eine Querschnittansicht entlang einer Achsenrichtung L, die die Konstruktion eines Messprobenbehälters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
13 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Thermoanalysators unter Verwendung eines Probenbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittansicht, die die Konstruktion eines Thermoanalysators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ein Thermoanalysator 1 ist ein Differenzial-Scanning-Kalorimeter (DSC) und weist dieselbe Konfiguration wie ein herkömmliches Differenzial-Scanning-Kalorimeter auf, mit der Ausnahme, dass ein Verschlussdeckel 11 eines Wärmeofens 10 mit einem Fenster 11W vorgesehen ist, das eine Beobachtung des Innenraums des Wärmeofens ermöglicht. Daher wird der Entwurf des Thermoanalysators 1 beschrieben.
Der Thermoanalysator 1 umfasst einen Messprobenbehälter 2 zum Aufnehmen einer Messprobe S, einen Referenzmaterialbehälter 3 zum Aufnehmen eines Referenzmaterials R, einen Wärmeofen 10, einen Thermistor 4, der zwischen dem Wärmeofen 10 und jedem des Messprobenbehälters 2 und des Referenzmaterialbehälters 3 geschaltet ist, um einen Wärmestromweg zu bilden, ein messprobenseitiges Thermopaar 7, ein referenzmaterialseitiges Thermopaar 7, eine Lichtquelle 31 wie beispielsweise eine LED, die als Beleuchtungseinrichtung zum Bestrahlen zumindest der Messprobe S mit sichtbarem Licht dient, eine CCD-Kamera 41, die als Abbildungseinrichtung zum Erfassen eines Bildes zumindest der Messprobe S dient, und einen Personalcomputer 50.
Eine Wendelheizvorrichtung 12 ist um die Außenoberfläche des Wärmeofens 10 gewickelt, um den Wärmeofen 10 zu erwärmen. Die Außenseite der Heizvorrichtung 12 ist mit einer Abdeckung bedeckt (nicht veranschaulicht).
Die CCD-Kamera 41 ist zum Beispiel eine Flächenabtastkamera. Alternativ kann die CCD-Kamera 41 eine Zeilenabtastkamera sein. Weiter alternativ kann die CCD-Kamera durch eine CMOS-Kamera ersetzt sein, die ein anderes in Halbleitertechnik ausgeführtes Abbildungselement verwendet.
Der Personalcomputer 50 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 51, eine Speichereinheit 52 wie beispielsweise eine Festplatte, eine Anzeigeeinheit 53 wie beispielsweise einen Flüssigkristallmonitor und eine Tastatur und eine Maus (nicht veranschaulicht).
Der Wärmeofen 10 ist in einer zylindrischen Form gebildet und hat einen H-förmigen Querschnitt, wenn derselbe entlang einer Achsenrichtung erfolgt. Außerdem ist eine Wärmeplatte 5 mit einer im Wesentlichen Doppelscheibenscheibenform oberhalb eines ringförmigen Vorsprungs angeordnet, der in der axialen Richtung von der Mitte radial nach innen vorsteht.
Der Messprobenbehälter 2 und der Referenzsubstanzbehälter 3 sind auf der oberen Oberfläche der Wärmeplatte 5 jeweils über zwei Thermistoren 4 platziert, und der Messprobenbehälter 2 und der Referenzsubstanzbehälter 3 sind in einem Innenraum untergebracht, der von dem Wärmeofen 10 umgeben ist.
Der Messprobenbehälter 2 enthält die Messprobe S, und eine transparente oder lichtdurchlässige Druckplatte ist auf der oberen Oberfläche der Messprobe S platziert. Die Druckplatte ist aus einem transparenten Material hergestellt, das eine vorbestimmte Lichtdurchlässigkeit aufweist und sichtbares Licht durchlassen kann. Alternativ ist die Druckplatte aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt. Als transparentes Material können vorzugsweise Quarzglas, Saphirglas oder Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Keramik, Tempax, Neocerum, Vycor und Pyrex verwendet werden.
Andererseits wird bevorzugt, dass eine Druckplatte auf dieselbe Weise auf dem in dem Referenzmaterialbehälter 3 enthaltenen Referenzmaterial R platziert wird wie eine Druckplatte auf der in dem Messprobenbehälter enthaltenen Messprobe S platziert wird, damit das Referenzmaterial R und die Messprobe S unter denselben Bedingungen in dem Wärmeofen erwärmt werden. Jedoch kann die auf dem Referenzmaterial S platzierte Druckplatte optional sein.
Das messprobenseitige Thermopaar 7 und das referenzmaterialseitige Thermopaar 7 durchlaufen den Wärmewiderstand 4 und die Wärmeplatte 5, und ihre Spitzen sind mit den unteren Oberflächen des Messprobenbehälters 2 beziehungsweise des Referenzmaterialbehälters 3 mittels Hartlöten oder dergleichen verbunden. Andererseits sind die anderen Enden des messprobenseitigen Thermopaars 7 und des referenzmaterialseitigen Thermopaars 7, die sich von dem unteren Ende des Wärmeofens 10 erstrecken, und mit einem Verstärker 14 verbunden, wobei eine Signalverarbeitungsschaltung gebildet wird.
Auf diese Weise bilden das messprobenseitige Thermopaar 7 und das referenzmaterialseitige Thermopaar 7 ein sogenanntes Differenzial-Thermopaar, das eine Temperaturdifferenz zwischen der Messprobe S und dem Referenzmaterial R erfassen kann. Diese Temperaturdifferenz wird als Wärmestromdifferenzsignal aufgezeichnet. Außerdem wird die Temperatur der Messprobe durch das messprobenseitige Thermopaar 7 erfasst und wird aufgezeichnet.
Ferner wird die Temperatur des Wärmeofens 10 über verschiedene Steuerschaltungen in die CPU 51 eingegeben, und die CPU 51 steuert den Wärmeofen 10 dahin gehend, dass derselbe mit konstanter Geschwindigkeit erwärmt ober abgekühlt wird, indem die Stromversorgung der Heizvorrichtung 12 gesteuert wird.
Der Verschlussdeckel 11 ist abnehmbar an dem Wärmeofen angebracht, um die Öffnung am oberen Ende des Wärmeofens 10 zu bedecken, wodurch das Innere des Wärmeofens 10 vor Außenluft geschützt wird.
Außerdem ist der Verschlussdeckel 11 in einem Bereich, der den Messprobenbehälter 2 in der Achsenrichtung des Wärmeofens 10 überlappt, mit einem Quarzglasfenster 11W versehen, und die CCD-Kamera 32 ist oberhalb des Fensters 11W angeordnet.
Außerdem ist die Lichtquelle 31 zum Beleuchten der Messprobe S in dem Wärmeofen 10 durch das Fenster 11W oberhalb des Fensters 11W auf einer Linie angeordnet, wobei die Linie sich von der Achse der CCD-Kamera 32 unterscheidet.
Die Lichtquelle 31 beleuchtet die Messprobe S mit sichtbarem Licht 40L, und die CCD-Kamera 41 erfasst die Helligkeit und Intensität des reflektierten Lichts 41L von der Messprobe S.
Filter 31F und 32F sind zwischen dem Fenster 11Wund der Lichtquelle 31 und zwischen dem Fenster 11W und der CCD-Kamera 32 jeweils so angeordnet, dass lediglich eine spezifische Komponente des sichtbaren Lichts auf das Fenster 11W auftrifft und lediglich eine spezifische Komponente des reflektierten Lichts in die CCD-Kamera eintritt. Jedoch sind die Filter 31F und 32F keine essenziellen Elemente. Im Falle einer koaxialen episkopischen Beleuchtung (Halbspiegeltyp) stimmen die Achse der Lichtquelle 31 des Beleuchtungslichts und die optische Achse der Kamera 32 überein.
Ein Probenbehälter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. 2 ist eine Querschnittansicht des Messprobenbehälters 2 entlang der Achsenrichtung L, und 3 veranschaulicht die Konstruktion des Messprobenbehälters 2.
Der Messprobenbehälter 2 umfasst einen Hauptkörper 21, der eine zylinderförmige Unterseite und eine offene zylinderförmige Oberseite hat, und eine scheibenförmige Druckplatte 22. Der Umfang der Druckplatte 22 ist mit der Innenoberfläche der Öffnung des Hauptkörpers 21 in Kontakt, ist auf der Oberseitenoberfläche der Messprobe S platziert, um die Messprobe S durch Eigengewicht zu drücken, und ist mit der Messprobe S, die auf der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers 21 gehalten wird, in Kontakt.
Bei diesem Aspekt ist es effektiver, da die Kraft beim Drücken der Messprobe von dem Gewicht der Druckplatte abhängt, die Druckplatte 22 aus einem hochdichten Material herzustellen und die Dicke der Druckplatte 22 zu erhöhen.
Mit Hilfe dieser Anordnung wird, da die thermische Verformung der Messprobe unterdrückt wird, die Veränderung der Kontaktoberfläche zwischen der Messprobe und dem Messprobenbehälter verhindert. Dies ermöglicht ein stabiles Durchführen der thermischen Analyse der Probe, wodurch der Wärmewert, die Temperaturdifferenz und das Gewicht stabil gemessen werden.
Ein Probenbehälter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. 4 ist eine Querschnittansicht des Messprobenbehälters 2 entlang der Achsenrichtung L, und 5 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters 2 veranschaulicht.
Der Messprobenbehälter 2 umfasst einen Hauptkörper 23, der eine zylinderförmige Unterseite und eine offene zylinderförmige Oberseite hat, und eine scheibenförmige Druckplatte 24. Der Umfang der Druckplatte 24 ist mit der Innenoberfläche der Öffnung des Hauptkörpers 23 in Kontakt und ist auf der Oberseitenoberfläche der Messprobe S platziert, die auf der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers gehalten wird. Ein gebogener Abschnitt 25, der von einem oberen Ende des zylindrischen Hauptkörpers 23 aus nach innen gebogen ist, drückt die Oberseitenoberfläche der Druckplatte 24 nach unten, so dass die Druckplatte 24 fixiert werden kann.
Wenn die Biegefläche des gebogenen Abschnitts 25 vergrößert wird, wird die Druckkraft erhöht und die thermische Verformung der Probe kann effektiver reduziert werden. Wenn jedoch die Fläche des gebogenen Abschnitts 25 übermäßig groß ist, wird ein Beobachtungsbereich, durch den die Probe von oberhalb des Probenbehälters beobachtet werden kann, reduziert. Deshalb ist es wünschenswert, die Fläche des gebogenen Abschnitts in Abhängigkeit von der Messprobe entsprechend anzupassen.
Ein Probenbehälter gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. Wie in 6 veranschaulicht ist, kann ein Abschnitt eines Hauptkörpers 23 gebogen werden, um einen gebogenen Abschnitt 26 zu bilden, und eine Druckplatte 24 wird durch den gebogenen Abschnitt 26 gedrückt. In diesem Fall ist die Kraft beim Drücken der Messprobe S im Vergleich zu dem zweiten Aspekt reduziert, aber es ist einfacher, die Druckplatte 27 abzunehmen und anzubringen, wenn die Messprobe S nach Beenden der Messung hervorgeholt oder ersetzt wird. Daher kann die Analysearbeit leicht durchgeführt werden.
Wenn eine Messprobe erwärmt wird, wird aus der Messprobe ein Zersetzungsgas erzeugt, so dass der Innendruck innerhalb des Messprobenbehälters zunimmt. In diesem Fall besteht ein Risiko, dass die Probe explodiert und sich zerstreut. Da jedoch das Zersetzungsgas leicht durch einen Spalt zwischen dem Hauptkörper und einem Abschnitt der Druckplatte, der nicht durch den gebogenen Abschnitt gedrückt wird, entweichen kann, besteht ein Effekt, dass das oben beschriebene Risiko reduziert wird.
Ein Probenbehälter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. 7 ist eine Querschnittansicht des Messprobenbehälters 2 entlang der Axialrichtung L, und 8 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters 2 veranschaulicht.
Der Messprobenbehälter 2 umfasst einen Hauptkörper 27, der eine zylinderförmige Unterseite und eine offene zylinderförmige Oberseite ist, und eine scheibenförmige Druckplatte 28 mit einem Außendurchmesser, der kleiner als ein Innendurchmesser der Öffnung des Hauptkörpers 27 ist. Die Druckplatte 28 ist auf der Messprobe S platziert, die auf der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers 27 gehalten ist, ohne mit der Innenoberfläche des Hauptkörpers 27 in Kontakt zu sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, da die Druckplatte 28 den Hauptkörper 27 nicht berührt, ein Spalt zwischen der Druckplatte 28 und dem Hauptkörper 27 vorhanden.
Ein Zersetzungsgas, das beim Erwärmen und Zersetzen der Messprobe S erzeugt wird, kann durch diesen Spalt an die Außenseite des Messprobenbehälters 2 freigesetzt werden. Daher kann ein Risiko reduziert werden, dass der Innendruck aufgrund des Zersetzungsgases zunimmt und die Messprobe S sich zerstreut.
Wenn beispielsweise Eigenschaften eines Polymermaterials gemessen werden, gibt es einen Fall, in dem die Messprobe S sich während des Erwärmens wie ein Haftmittel verändert und an der Druckplatte 28 des Messprobenbehälters 2 oder der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers 27 des Messprobenbehälters 2 stark anhaftet. In diesem Fall können die Druckplatte 28 und der Hauptkörper 27 leicht getrennt werden, indem eine Pinzette in den Spalt eingeführt wird.
Die Größe und Form der Druckplatte 28 kann frei bestimmt werden. Je kleiner die Fläche der Druckplatte im Vergleich zu der Fläche des Innendurchmessers des Behälters ist, desto größer ist die Wirkung beim Freisetzen von Gas. Je kleiner die Fläche ist, desto kleiner ist jedoch die Wirkung beim Drücken der Probe. Deshalb ist es wünschenswert, die Fläche der Druckplatte 28 in Abhängigkeit von der Probe anzupassen.
Ein Probenbehälter gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. 9 ist eine Querschnittansicht des Messprobenbehälters 2 entlang der Achsenrichtung L, und 10 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters 2 veranschaulicht.
Der Messprobenbehälter 2 umfasst einen Hauptkörper 29, der eine zylinderförmige Unterseite und eine offene zylinderförmige Oberseite hat, und eine scheibenförmige Druckplatte 30 mit einer Einkerbung 31. Die Druckplatte 30 ist auf einer Messprobe S platziert, die auf der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers 29 niedergehalten wird.
Da die Druckplatte 30 mit der Einkerbung 31 verwendet wird, kann Zersetzungsgas, das beim Erwärmen und Zersetzen der Messprobe S erzeugt wird, durch die Einkerbung an die Außenseite des Messprobenbehälters 2 freigesetzt werden. Deshalb kann ein Risiko reduziert werden, dass der Innendruck aufgrund des Zersetzungsgases zunimmt und die Messprobe S sich zerstreut.
Außerdem gibt es, wenn Eigenschaften eines Polymermaterials gemessen werden, einen Fall, in dem die Messprobe S sich während des Erwärmens wie ein Haftmittel verändert und an der Druckplatte 30 und der Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers 29 stark anhaftet. In diesem Fall können die Druckplatte 30 und der Hauptkörper 29 leicht getrennt werden, indem eine Pinzette oder dergleichen in die Einkerbung 31 eingeführt wird.
Die Anzahl und Form der Einkerbungen 31 kann frei bestimmt werden. Je größer die Gesamtfläche der Einkerbungen 31 ist, desto größer ist die Wirkung beim Freisetzen von Gas. Wenn jedoch die Gesamtfläche der Einkerbungen übermäßig breit ist, wird der Effekt des Niederhaltens der Probe reduziert, und eine Beobachtungsfläche für die Probe wird reduziert. Daher ist es wünschenswert, die Fläche in Abhängigkeit von der Probe entsprechend anzupassen.
Ein Probenbehälter gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem der Messprobenbehälter 2 als Beispiel verwendet wird. 11 ist eine Querschnittansicht des Messprobenbehälters 2 entlang der Achsenrichtung L, und 12 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion des Messprobenbehälters 2 veranschaulicht.
Der Messprobenbehälter 2 umfasst einen Hauptkörper 32, der eine zylinderförmige Unterseite und eine offene zylinderförmige Oberseite hat, und eine scheibenförmige Druckplatte 33 mit einem Durchgangsloch 34. Die Druckplatte 33 ist auf einer Messprobe S platziert.
Da die Druckplatte 33 mit dem Durchgangsloch 34 verwendet wird, kann ein Zersetzungsgas, das beim Erwärmen und Zersetzen der Messprobe S erzeugt wird, durch das Durchgangsloch an die Außenseite des Messprobenbehälters 2 freigesetzt werden. Deshalb kann ein Risiko reduziert werden, dass der Innendruck aufgrund des Zersetzungsgases zunimmt und die Messprobe S sich zerstreut.
Die Anzahl und Form der Durchgangslöcher 34 kann frei bestimmt werden. Je größer die Gesamtfläche der Durchgangslöcher 34 ist, desto größer ist die Wirkung beim Freisetzen von Gas. Wenn jedoch die Gesamtfläche der Durchgangslöcher übermäßig breit ist, wird eine Beobachtungsfläche für die Probe reduziert. Daher ist es wünschenswert, die Fläche in Abhängigkeit von der Probe entsprechend anzupassen.
Weitere Ausführungsbeispiele können durch diverses Kombinieren der Struktur jedes Ausführungsbeispiels implementiert werden. Beispielsweise kann eine Druckplatte sowohl mit einer Einkerbung als auch mit einem Durchgangsloch versehen sein.
Ferner kann beispielsweise eine Druckplatte mit einem Durchgangsloch versehen sein, und ein Hauptkörper kann mit einem gebogenen Abschnitt versehen sein, um die Druckplatte zu drücken.
Andererseits wird es bevorzugt, dass eine Druckplatte, die dieselbe wie die Druckplatte in dem Messprobenbehälter ist, auf dem Referenzmaterial R platziert wird, das in dem Referenzmaterialbehälter 3 enthalten ist, so dass die Messprobe S und das Referenzmaterial R unter denselben Bedingungen in dem Wärmeofen erwärmt werden können. Andererseits kann die Druckplatte, die auf dem Referenzmaterial R platziert ist, optional sein.
Als Nächstes wird der Betrieb eines Probenbehälters und eines Thermoanalysators unter Verwendung des Probenbehälters unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 13 beschrieben.
Als Erstes wird eine Messprobe durch eine Lichtquelle 31 S mit sichtbarem Licht bestrahlt, und Ausgangsbilddaten der Messprobe S werden durch eine CPU 51 eines Personalcomputers 50 unter Verwendung einer CCD-Kamera 41 erfasst (Schritt S10).
Als Nächstes werden die Bilddaten auf einer Anzeigeeinheit 53 des Personalcomputers 50 angezeigt, und ein Benutzer legt Positionsinformationen einer Analysefläche in einem Bild der Messprobe S auf der Anzeigeeinheit 53 unter Verwendung einer Maus, einer Tastatur (nicht veranschaulicht) oder dergleichen fest (Schritt S12).
Die Positionsinformationen können ein einzelner Punkt oder eine mit einem Rand definierte Fläche sein. Wenn ein Punkt als Positionsinformation festgelegt ist, kann eine kreisförmige Fläche mit einem vorbestimmten Radius von dem Punkt aus oder eine vorbestimmte Fläche um den Punkt als eine virtuelle Fläche um diesen Punkt betrachtet werden.
Ein Wärmestromdifferenzsignal (DSC-Signal) wird stündlich erfasst, während die Messprobe S durch die Heizvorrichtung 12 erwärmt wird oder durch eine Kühleinrichtung (nicht veranschaulicht) abgekühlt wird (Schritt S14).
Der Prozess bei Schritt S14 ist dem Prozess ähnlich, der durch ein herkömmliches Differenzial-Scanning-Kalorimeter (DSC) durchgeführt wird, bei dem die Messprobe S selbst erwärmt oder abgekühlt wird und der Differenz-Scanning-Kalorimetrie(DSC)-Wert derselben gemessen wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das DSC-Signal für entweder die Zeit oder die Temperatur erfasst. Bei einem allgemeinem Differenzial-Scanning-Kalorimeter ist die Erwärmungs- oder Abkühlrate konstant, und Zeit und Temperatur korrelieren miteinander.
Die CCD 41 erfasst jede Stunde ein Bild der Messprobe S als Bilddaten der Messprobe S und gibt die Bilddaten an die CPU 51 aus (Schritt 16).
Wenn die Bilddaten bei Schritt S16 erfasst werden, wird es bevorzugt, dass die Variable dieselbe wie die Variable (in diesem Ausführungsbeispiel die Zeit) zum Erfassen des Wärmestromdifferenzsignals (DSC-Signal) bei Schritt S14 ist, es kann sich jedoch auch um eine andere Variable handeln.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 die Bilddaten, die den Positionsinformationen auf der Messprobe S entsprechen, die bei Schritt S12 festgelegt werden, aus den stündlichen Bilddaten, die bei Schritt S16 erhalten werden (Schritt S18). Diese Bilddaten werden in der Speichereinheit 52 gespeichert.
Wenn die Messprobe S eine Probe mit einer vorbestimmten Fläche ist, wird der Wert übernommen, der durch Mittelwertbildung der Helligkeit oder Intensität jedes Pixels der Bilddaten in der Fläche erhalten wird.
Die Bilddaten der Messprobe S, die bei Schritt S18 erfasst werden, und das Wärmestromdifferenzsignal (DSC-Signal) der Messprobe S, das bei Schritt S14 erfasst wird, werden auf der Anzeigeeinheit 53 auf überlagerte Weise angezeigt (Schritt 20). Als Nächstes bestimmt der Benutzer, ob es notwendig ist, die Messung zu beenden. Als Nächstes wird die Messung beendet, wenn dies erforderlich ist (JA), aber der Prozess kehrt zu Schritt S14 zurück, wenn dies nicht erforderlich ist (NEIN) (Schritt S22).
Das Bestimmen, ob es erforderlich ist, die Messung bei Schritt S24 zu beenden, wird derart vorgenommen, dass der Zeitpunkt, wenn die zum Erwärmen oder Abkühlen der Messprobe S vorbestimmte Höchst- oder Mindesttemperatur erreicht wird, als der Endpunkt der Messung bestimmt wird. Jedoch ist das Bestimmen des Endpunkts der Messung nicht in besonderer Weise eingeschränkt.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird sichtbares Licht von der Lichtquelle emittiert. Jedoch können elektromagnetische Wellen wie beispielsweise Röntgenstrahlen, Infrarotstrahlen und Ultraviolettstrahlen anstelle von sichtbarem Licht emittiert werden, und das reflektierte Licht kann durch einen Detektor (zum Beispiel einen Röntgenstrahlendetektor) anstelle der CCD-Kamera erfasst werden.
Ferner kann, wenn das Bild der Messprobe S erfasst wird, eine Änderung der Farbe erfasst werden. Die Farbe kann eine Information sein, die durch Quantifizieren der Helligkeit einer speziellen Wellenlänge erhalten wird, oder eine Information, die durch einen speziellen Farbwert dargestellt wird. Beispiele für die quantifizierte Information umfassen einen LAB(L*A*B)-Wert in dem Farbraum 1976 der International Commission on Illumination (CIE), einen RGB-Wert, der eine Farbe als Kombination aus rot, grün und blau darstellt, die als drei Primärfarben des Lichts bezeichnet werden, einen CMYK-Wert, der eine Farbe als Kombination aus cyan, magenta und gelb, die als drei Primärfarben bezeichnet werden, und schwarz darstellt usw. Die quantifizierten Informationen sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein XYZ-Wert in dem CIE-Farbraum 1931, ein L*u*v-Wert in dem CIE-Farbraum 1976 oder CIE CAM02 verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf ein Differenzial-Scanning-Kalorimeter angewendet werden, sondern auch auf einen Differenzial-Thermoanalysator (DTA) und einen Thermog ravimetrie(TG)-Anal ysator.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H8327573 [0005]
JP 2017173209 [0005]
JP S62231147 [0005]

Claims

Ein für einen Thermoanalysator verwendeter Probenbehälter, der zum Messen eines thermischen Verhaltens einer Probe gemäß Temperaturänderungen durch Erwärmen oder Abkühlen der Probe und zum Beobachten der gemessenen Probe verwendet wird, wobei der Probenbehälter folgende Merkmale aufweist: einen Hauptkörper mit einer zylinderförmigen Unterseite und einer offenen zylinderförmigen Oberseite; und eine transparente oder lichtdurchlässige Druckplatte, die eine Größe, die gleich oder kleiner als ein Innendurchmesser einer Öffnung des Hauptkörpers ist, aufweist und die Probe, die auf einer Unterseitenoberfläche des Hauptkörpers platziert ist, von einer Oberseitenoberfläche der Probe aus drückt.
Der Probenbehälter gemäß Anspruch 1, wobei die Probe ein Polymerfilm ist.
Der Probenbehälter gemäß Anspruch 1, wobei ein Abschnittsbereich der Oberseite eines Zylinders des Hauptkörpers nach innen in die Öffnung gebogen ist, um einen gebogenen Abschnitt zu bilden, der die Druckplatte von oben drückt, um die Druckplatte zu fixieren.
Der Probenbehälter gemäß Anspruch 1, wobei die Druckplatte mit einer Einkerbung oder einem Durchgangsloch versehen ist.
Ein Thermoanalysator, der folgende Merkmale aufweist: den Probenbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4; einen Wärmeofen, der den Probenbehälter umgibt, wobei der Wärmeofen eine Öffnung aufweist; und eine Abbildungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Beobachtung der Probe durch die Öffnung zu ermöglichen, wobei das thermische Verhalten der Probe in dem Wärmeofen gemäß einer Temperaturänderung der Probe gemessen wird.
Der Thermoanalysator gemäß Anspruch 5, wobei der Thermoanalysator ein Differenzial-Thermoanalysator, ein Differenzial-Scanning-Kalorimeter oder ein Thermogravimetrie-Analysator ist.
Der Thermoanalysator gemäß Anspruch 5, der ferner Folgendes aufweist: eine Bildverarbeitungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, vorbestimmte Farbinformationen aus Bilddaten der Probe, die durch die Abbildungseinrichtung erfasst werden, zu erzeugen, wobei die Farbinformationen und das thermische Verhalten der Temperatur überlagert angezeigt werden.