Batterij aan thermokoppeldetectoren maakt calorimeter supernauwkeurig

Als je van een afstandje de Setaram C80 calorimeter bekijkt, is daar weinig opvallends aan te zien. Aan de voorzijde van de voet van het cilindervormige apparaat zit een groen knopje en er zit een sticker op met de tekst ‘Calvet 3D inside’. De rode kleur van die sticker is in dit geval geen waarschuwing, maar een geruststelling: door toepassing van de Calvet 3D-sensortechniek kan met deze calorimeter namelijk het thermisch gedrag zeer nauwkeurig worden gevolgd. De 3D-sensor wordt gevormd door negen concentrische ringen met ieder 38 thermokoppeldetectoren. Een dergelijke sensor zit zowel om de monstercel, waarin de calorimetrische experimenten worden uitgevoerd, als in de referentiecel, waarin met behulp van een ingebouwde verwarming de omstandigheden in het experimenteervat ernaast worden gesimuleerd. De thermokoppeldetectoren meten alle ontwikkelde of geabsorbeerde straling, inclusief convectie of geleiding. Het maakt daarbij niet uit of het om minieme thermische transformaties gaat, of dat de reacties of processen juist gepaard gaan met heel veel warmte-ontwikkeling: de 3D-sensor, die volledig om de cellen is geconstrueerd, detecteert het hele plaatje. De Calvet-detector bereikt hierin een efficiency van maximaal 94%; heel wat meer dan de 20% tot 40% die voor de typische plaat-DSC wordt gespecificeerd. Hierdoor haalt de C80 een herhalingsnauwkeurigheid van ±0,1 °C en een precisie van ±0,05 °C. De meetnauwkeurigheid is onafhankelijk van de aard van het monster of de matrix (vast, vloeibaar, gas, poeder, enzovoorts). Kalibratie De nauwkeurigheid van een calorimetrische detector staat of valt bij een precieze kalibratie. In het geval van Calvetdetector wordt hiervoor gebruikgemaakt van een speciale referentiecel met een platina warmte-element, dat fungeert als elektrische weerstand en wordt opgewarmd door er een elektrische stroom doorheen te laten lopen. Door de stroom te variëren kun je een reeks precieze warmte-effecten (de weerstand wordt warm door de stroom die er doorheen loopt) genereren, waarmee je het proces in het experimenteervat kan simuleren.

De belangrijkste voordelen van deze wijze van kalibreren zijn:

• Het is een absolute kalibratie.
• Het is niet nodig om metalen referentiematerialen te gebruiken.
• De kalibratie kan worden uitgevoerd bij een constante temperatuur of tijdens verwarmen of koelen.
• Het kan worden toegepast op elke vorm van volumekalibratie van een experimenteervat.

Verschillende cellen

Binnen de door de negen concentrische ringen met elk 38 thermokoppels gevormde cilinder kunnen verschillende typen cellen worden geplaatst. Die cellen of vaten zijn er in twee typen: cellen die kunnen worden afgesloten (‘batch’) of cellen die zijn voorzien van een in- en uitgang om reactieve gassen aan- en af te voeren (‘flow’). Relatief eenvoudige uitvoeringen van ‘batch’ cellen (in uitvoeringen voor 5 bar of 100 bar) zijn geschikt om van een vast of vloeibaar monster omzettings- en ontledingsprocessen alsmede het thermisch gedrag te bestuderen. Ook kan de warmtecapaciteit van een vaste stof worden bepaald (voor vloeibare monsters is een specifieke cel beschikbaar). De ‘flow’ cellen zijn er bijvoorbeeld voor het bestuderen van de inwerking van gassen op een vast of vloeibaar monster. Denk daarbij aan oxidatie, reductie, adsorptie en hydrogenering, maar ook de impact van vocht. Naast het assortiment standaard cellen biedt Setaram ook maatwerk cellen waarmee applicatiespecifieke procescondities nauwkeurig kunnen worden gesimuleerd. Er zijn ook hogedruk cellen die drukken tot 1.000 bar aankunnen. Verder zijn er meng- en oplossingsvaten voor verschillende gedragingen van monsters, van viskeuze vloeistoffen tot dynamische mengopties.

Toepassingen

Met een temperatuurbereik tot 300 °C en de verscheidenheid aan cellen is de C80 calorimeter inzetbaar in diverse toepassingen, zoals:

• Farmacie: gedrag van een geneesmiddel onder een vochtige atmosfeer, kristalliniteit van geneesmiddelen, metabolisme studies, thermische stabiliteit van tussenproducten.
• Procesveiligheid: risico’s in verband met onvoorziene drukopbouw, synthese van een chemische stof gevolgd door de thermische ontleding ervan, thermische stabiliteit van stoffen, risico’s bij normaal bedrijf en bij een ongeval.
• Energie: ontzwaveling van diesels door zeolieten, meting van de reactiviteit van asfalt-zoutmengsels, karakterisering van katalysatoren, adsorptie van waterstof (brandstofcel), stabiliteit van nucleair afval en thermische karakterisering.
• Voeding: neutralisatie van vrije vetzuren in oliën, gelvorming/ dissociatie, oplossingsstudies, smelten, kristallisatie, amorfisme, stabiliteit vs. oxidatie.