Phasenübergang eines Stoffs: Schmelzen
Das Schmelzen beschreibt den Phasenübergang eines Stoffes vom festen Aggregatzustand in einen flüssigen [1, Kap. 2.5.7]. Während des Schmelzvorgangs bleibt die Temperatur des Stoffes konstant. Das bedeutet, dass die durch den Ofen oder Heizer in eine DSC eingebrachte Wärme genutzt wird, um die Probe in den flüssigen Zustand zu überführen. Die dafür benötigte Energie wird Schmelzenthalpie genannt und mit dem Formelzeichen ∆HM abgekürzt. Schmilzt eine Probe während einer DSC-Messung, bildet das einen Peak in Richtung endotherm aus.
Da zur Identifikation oder Auswertung von Proben die spezifische Schmelzenthalpie eines Stoffes betrachtet wird, werden die Ergebnisse in der Praxis meist automatisch durch die Probenmasse geteilt. Deshalb wird im Folgenden davon ausgegangen, dass ermittelte Enthalpien bereits durch die Einwaage geteilt wurden. Falls dieser Prozess nicht von anderen Prozessen der Probe überlagert wird, kehrt die Basislinie nach dem Schmelzvorgang wieder auf den Wert vor der Phasenumwandlung zurück. Durch Integration dieser Peakfläche wird die Enthalpie ∆HM ermittelt. Dabei gibt es je nach Form des Peaks und des DSC-Signals vor und nach dem Peak verschiedene Methoden der Auswertung, um ein möglichst genaues Abbild der tatsächlich aufgenommenen Energie zu bestimmen. Liegt ein Stoffgemisch vor, lassen sich durch getrenntes Auswerten und Hinzuziehen der Literaturwerte für Schmelzenthalpien der entsprechenden Stoffe die Mischungsverhältnisse ermitteln. Liegen die beiden Schmelzpeaks der Stoffe sehr nahe beieinander, können Doppelpeaks oder geschulterte Peaks auftreten. Diese ineinander übergehenden oder überlagerten Peaks müssen getrennt voneinander ausgewertet werden, um zuverlässige Aussagen treffen zu können. Zwei Beispiele für solche Peaks sind im Folgenden (Abb. 1) beispielhaft mit relevanten Temperaturen aufgeführt und ausgewertet.
[1] B. Wunderlich, Thermal Analysis of Polymeric Materials. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005.
[2] Prüfung von Kunststoffen und Elastomeren Thermische Analyse Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK), DIN 53965, 1994.
