JPH0548415B2 - - Google Patents

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JPH0548415B2
JPH0548415B2 JP60069889A JP6988985A JPH0548415B2 JP H0548415 B2 JPH0548415 B2 JP H0548415B2 JP 60069889 A JP60069889 A JP 60069889A JP 6988985 A JP6988985 A JP 6988985A JP H0548415 B2 JPH0548415 B2 JP H0548415B2
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sample
ray
detector
temperature
holder
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JP60069889A
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Japanese (ja)
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JPS612050A (en
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Jii Fuoosetsuto Chimoshii
Shii Harisu Juniaa Uiriamu
Ei Nyuuman Robaato
Efu Howaiteingu Roorensu
Jei Nooru Furanku
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Dow Chemical Co
Original Assignee
Dow Chemical Co
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Publication of JPH0548415B2 publication Critical patent/JPH0548415B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/207Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4846Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation for a motionless, e.g. solid sample
    • G01N25/4866Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation for a motionless, e.g. solid sample by using a differential method

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物質の熱力学的および構造的性質を
測定するための科学装置に関する。詳しくは同時
熱量−X線回折分析用機器に関する。 物質の物理的および化学的挙動を特徴づける上
において、その熱力学的(例えば熱量的)および
構造的(例えば結晶的)性質の両者を別々に研究
するのが通例である。 熱力学的性質は、示差走査熱量分析(DSC)
および示差熱分析により一般的に測定される。最
近のDSCおよびDTA機器は非常に進歩しており、
場合によつては1℃の留分までの感温調整や測定
が可能である。サンプルは非常に短時間で急速に
広範囲の温度に加熱され、正確に熱量測定ができ
る。 結晶性は、しばしばX−線回折(XRD)分光
計により研究されている。回折データは、詳しく
解像するため写真フイルムによりあるいはシンチ
レーシヨン計数管により集められる。そのような
操作は、時間がかかり、各温度における各パター
ンについて、30分以上のデータ集録時間を必要と
する。温度範囲にわたる一つの検査では一日ある
いはそれ以上の日数がかかる。このようにX−線
回折検査のためのデーター集録時間に手間取るた
め、構造データと熱量データとを迅速法により相
関性をもたすことはできなかつた。工業プロセス
では、加熱処理および/あるいは化学処理は数分
あるいは数秒間のうちにおこなわれる(例えばポ
リマー抽出や触媒酸化である)。更にX−線回折
分析でのサンプル加熱装置は比較的粗末なもので
あつた。例えば5℃以内の一定サンプル温度コン
トロールは、室温に近い場合を除いて、まれにし
か達成することができなかつた。これらの両方の
理由により、これまでサンプルの加熱温度に正確
かつ同時に相関性を有する一連のX−線回折パタ
ーンの迅速走査即ち動的読取がおこなわれなかつ
た。 一方、サンプルを先ず前述の方法の一つにより
分析し、ついで他の方法により分析しようとする
試みが一般におこなわれてきた。そしてサンプル
の熱的構造挙動をできる限り解明するため二個の
測定データーを充分に相関させた。しかし、観察
された構造変化を個々の熱量的現象へ合致させよ
うとした場合回折データーと熱量データーとは、
サンプルの加熱条件およびサンプルのサイズの差
異および、DSCと一般的なXRDとの間のデータ
ー集録時間の差異により、正しく相関性を持ちえ
なかつた。この方法を多成分系のサンプルに使用
した場合短時間の温度でおこなわれる別々の物理
化学的現象は、1〜2分間でおこなわれる瞬間的
および不可逆的相変化を示すため、しばしば間違
つたり、あるいは誤解されたりする。 ごく最近になつて、これらのうちある点が改良
されてきた。即ち回折データーの検知速度を極度
に向上させるX−線検出器として、位置感応性検
出器が開発された。このものは、X−線回折の分
析時間を示差熱分析および示差走査熱量分析の時
間に相当するほどに短縮させることができる。 本発明はこれらを改良して有利性を示すもので
あり、温度および/あるいは周囲の変化を受ける
サンプルの熱力学的および構造的性質を同時に動
的測定するための作動機器およびその方法を提供
するものである。 本発明の機器は、分析すべき同じサンプルを同
じように処理し同時に検出するためのX−線回折
分析計および熱量分析計(示差走査熱量計あるい
は示差熱分析計)の両者の組合せから成る。回折
分析計は、熱力学的性質の測定用としても使用さ
れかつ測定されるサンプルに衝突するX線ビーム
源および構造的性質を測定するためのサンプルか
ら回折される放射線を受けとるための迅速位置感
応性検出器を含む。熱量分析計は、サンプルホー
ルダー装置の中に、サンプルが共同分析のために
入れられ、保持されているサンプルホールダーを
有している。サンプルホールダー装置は、回折計
のX線ビームをホールダー中のサンプルに衝突さ
せるように位置した入口あるいはX線透過窓およ
び回折放射線をX線検出器へ通過させるための出
口スリツト窓を有している。更に分析計は、ホー
ルダー中のサンプルの温度を変化させるためのコ
ントロール装置およびその変化時におけるサンプ
ルの熱力学的挙動を測定するための装置を有して
いる。 X線源は、焦点単色ビームを提供するものが好
ましい。それはGuinier回折システムおよび湾曲
焦点モノクロメーターを備えた線源が有利であ
る。線源およびサンプルホールダー(および包囲
物)は、ホールダー中のサンプルが回折計の焦点
円に沿つた箇所に位置するように幾何学的に配置
される。 X線検出器は、円周に沿つた置かれた感応エレ
メントと共に回折分析計の焦点円を移動するため
に取り付けられた位置感応性比例計数管が好適で
ある。検出器は、電子読取回路に接続される。こ
れは、X線回折パターンを形成する線の位置およ
び強度を数字および図で表わすデイスプレーター
ミナルあるいは記録計をもつ多チヤンネル分析計
を有している。 熱量分析計は、分析中のサンプルの温度および
サンプル中でおこつている熱量的事象の存在およ
びその度合の両方を表示かつ記録する電子読取回
路を備えた示差走査熱量計が好適である。回路に
は、更にホールダー中のサンプルの温度をコント
ロールするための装置が含まれている。この装置
は温度を上昇、下降あるいは維持するようにプロ
グラムすることができるものが有利である。 サンプルホールダー装置(時には、試料ホール
ダー装置あるいはセルとして記す)は、特に限定
される例ではないが、内部を気密にシールするカ
バーを有する金属ブロツクのような保護包囲物か
ら成る。そのブロツクはサンプルおよび対照物ホ
ールダー用の二つの室(あるいは一つの共有室)
を有している。 ここに述べたものより更に広範囲のさまざまな
サンプルホールダー装置のデザインが公知であり
代わりに使用することができる。例えば、引用し
た文献やDSCおよびDTAの市販機器により説明
されている。同様に、サンプルホールダーは、本
発明による同時サンプル分析の場合、数多くの形
のものが使用され、また改良することもできる。 サンプルホールダー装置には、X−線透過入口
および出口スリツトの窓がとりつけられ、それを
シールするためX−線透過材料の薄いシートでそ
れを覆つている。分析用テストサンプルについて
のあるガス媒体の影響を研究するために機器を使
用する場合には、サンプルホールダー装置にサン
プルと接触して通過するガスをコントロールする
ための入口および出口を、更にとりつけることも
できる。 本発明は、新規な機器を提供するのに加えて、
更に、物質の熱力学的および構造的性質を同時分
析する方法に関する。この方法においてはそのサ
ンプル物質は、温度および/あるいは周囲の変化
のプログラムに供される。プログラムにおいて
は、例えばDSC法では、熱量的挙動を指示する
サンプルへのおよびサンプルからの差動熱フロー
が、その間に測定される。同時に、サンプルは焦
点X線ビームにばくろされ、サンプルからの回折
データーもまたその間に測定させる。ついで熱量
データーとX線データーとが、温度および周囲の
関数として対比される。この対比は、サンプルの
および多成分サンプルの場合にはそれを構成する
物質の基本的な物理化学的挙動への大きな洞察を
与へかつこれらの物質がお互いにいかに影響し合
つているかの洞察を与へる。 この機器および方法は、広範囲の温度にわたつ
ておよび多くの雰囲気下で使用することができ
る。これらは、サンプルが数百度に加熱されてい
る間に同時に熱量データーとX−線回折データー
とを走査、記録し、これらをすべて数分間のうち
におこなうことができる。X線データーは、熱量
分析が進行するにつれて動的に再び集録され構造
変化と短時間の瞬時熱量事象との直接の相関関係
を提供する。そして、熱量および雰囲気により引
き起こされる構造変化の運動力学が正確に研究さ
れ、複雑なDSC曲線の解明を可能とする。数個
の成分を含有するサンプルの場合には、相が容易
に区分けされ、熱量現象が、個々の成分へあるい
は、二個以上の成分へ確実に配分することができ
る。この種の成果は、従来得られなかつたもので
ある。 本発明を添付図により以下に説明する。 第1図は、本発明による組合せしたX−線回折
分析計および示差走査熱量計の上面図であり、電
子コントロールおよび記録システムを省略したも
のである。図は、Haber−Guinierシステムの配
置による機器を示す。 第2図は、サンプルの容器とその取付けを示す
ために拡大した、第1図の機器の中心部の部分的
な側面図である。 第3図は、第2図のサンプル容器の内部を見え
るようにした透視図である。 第4図は、第3図の4−4の線で切断したサン
プル容器の断面立面図であり、加熱および感温エ
レメントを備えたサンプルホールダーを示す。更
にこの図はガスの入口および出口を示している。 第5図は、第1図に示すX線検出器として用い
られる線状位置感応性比例計数管の断面図であ
る。 第6a図および第6b図は、第5図の計数管の
代用として使用される湾曲位置感応性比例計数管
の断面図である。更にこの図はこれらのタイプの
検出器に関連する一般的な誤差を示す。 第7図は、本発明による機器のX線回折計の検
出器コントロールおよび記録システムを図示する
ブロツクダイヤグラムである。 第8図は、Bragg−Bentanoシステムの配置を
用いた別のX線回折計の計画図である。 第9図は、本発明の機器の他の部分を形成する
示差走査熱量計の電子感応性およびコントロール
システムのブロツクダイヤグラムである。 第10図は、X線ビームが垂直に上の方に向け
られている別の装置構成による立面図である。 第11図は、本発明による全装置のコントロー
ルおよび記録システムの関連を示すブロツクダイ
ヤグラムであり、サンプル容器へガスを送給し、
その容器からの流出ガスを分析するためのシステ
ムを含んでいる。 第12A図および第12B図は、加熱サイクル
時に本発明の装置によりつくられた代表的なX線
回折パターン(第12図B)とそれに相当する
DSC走査(第12図A)との記録である。 第13A図および第13B図は、冷却サイクル
時につくられたことを除いてそれぞれ第12A図
および第12B図の記録と同じものである。 第14A〜C図は、多形体有機化合物の
DSC/XFDテスト前、テスト時、テスト後のそ
れぞれのDSC走査である。 第15図は、低融点から高融点への多形体の相
互転換を示す、本発明の装置によりつくられたX
線回折パターンを示す。 本発明の好適な構成である基本的なエレメント
を第1図および第2図に示す。これらは、17と
して示すX−線回折分析計および示差走査熱量計
であり、そのサンプルホールダー装置は18に示
される。これらは、以下に述べるように共通ベー
ス19上にきつちりと区分され、取付けられてい
る。 測定すべき物質のサンプルは、例えばアルミニ
ウムホイルの小さな皿あるいは容器22に入れら
れ、サンプルホールダー装置18中のサンプルホ
ールダー(第3図の96)におさめられている。
通常パウダー状あるいはフイルム状のミリグラム
単位の物質が所望される。前述のブロツクデザイ
ンのサンプルホールダー装置は、市販の装置の保
護包囲ブロツク24でつくられている。しかしこ
れは改良されて、X線回折計のサンプル支持体と
しても供されるように配置されている。この場
合、回折計17および熱量計はサンプルが共用で
あり同時分析される。 回折計17では、X線源26が、モノクロメー
ター30に衝突するX線ビーム28をつくりだ
す。後者は、X−線を分散し、方向を変え、サン
プル20に集中する単一エネルギービーム32を
提供する。X−放射線は、サンプルを通過し主ビ
ームからさまざまな一定角度で回折される。第1
図では、34および34′として、その二つが示
される。一般に2θ(2シータ)と呼ばれる回折あ
るいは“走査”角およびそれに相当する回折X線
強度は、サンプルの結晶構造を特徴づけるもので
ある。回折X線は、位置感応性検出器36に集め
られる。検出器36では、回折放射線の受入れを
記録し、更に、その放射線が長さ(1−デイメン
ジヨン検出器)および面積(2−デイメンジヨン
検出器)で吸収されることについての情報を提供
する。これらについては、American
Crystallographic Associationの報告(18巻、
1982年、p9、R.C.Hamlin,Ed.)を参照すれば
よい。 本検出器は、公知のデザインであり、入射する
X線フオトンが入る角度位置および頻度(即ちカ
ウント/秒)に感応するための直径25ミクロンの
ワイヤー38から成る。検出器は、約20°2−シー
ターの角度範囲を有したもであり、多チヤンネル
分析器40(第7図)に接続している。後者は回
折データーの角度位置および強度を示すアウトプ
ツトデーターをたくわえるものである。更に検出
器および分析器について、以下に述べる。 テストサンプル20および検出器は、X線回析
計の焦点円41(第1図の衝突円)の外周上に水
平になるように置かれている。X線はその円のす
べての点で最高に集中されており、回折データー
分析が最も正確となる。サンプル20は固定され
ているが、検出器は、支柱44を支点にして回転
する、ブラケツト42にとりつけられている。支
柱、図示されていない機具によりベース19にと
りつけられたブロツク46にねじで取付けられて
いる。ブロツク46は、支柱44が焦点円41の
中心になるように位置づけられている。この配置
においては、検出器に対し一方向に延長している
場合より広範囲の角度にわたつてデーターを測定
しようとする場合、検出器を焦点円の次の位置ま
で回転することが可能である。 包囲ブロツク24は、X線ビーム32の経路に
サンプルが置かれており、カバー48によりおお
われている。ブロツク24およびカバー48の壁
には、X線を通過させるため、穴があけられ、X
線を受け入れる入口部50およびX線の出口スリ
ツト52がつくられている(第2〜4図)。入口
部50は、サンプル方向への焦点X線ビーム32
の強度ロスを最少限にするため円錐状に傾斜し、
内側に向つて狭くしてある。サンプル20に直接
X線を衝突させるため、サンプル皿22の近くの
サンプルホールダー96側面に小さい穴51がつ
くられている。通常、サンプルホールダー96の
上部にあるサンプルホールダーカバー(図示せ
ず)は、回折X線をサンプルホールダー96およ
び包囲ブロツク24から放出する場合、形を変え
るかあるいは取除く必要がある。X線入口部51
およびサンプルホールダー上部は、最適なDSC
熱量測定感度を得るため、サンプルからの望まし
くない放射性および対流性の熱移動を最小にさせ
るX線透過性物質でおおう必要がある。更にブロ
ツク中の部屋をガス気密にしようとする場合に
は、入口部および出口スリツトの内外部をベリリ
ウムあるいはMylar(ポリエチレンテレフタレー
ト樹脂)のシートのようなX線透過性物質のフイ
ルム54,56でおおう。Mylar窓は、サンプル
皿がおおわれていない場合、テスト中にいつでも
サンプルを目視しうる有利性がある。 サンプル20をX線ビーム中に位置するため、
サンプルホールダー装置18は、ベース19上に
ある取付け装置58(第2図)へ固定することに
より、すべての方向に調整し、とりつけられる。
サンプルホールダー装置のブロツク24は、サン
プル20にある角度でX線ビーム32が衝突する
ように傾斜しているプレート60上にとりつけら
れる。更に傾斜ブロツクは、サンプル皿22とサ
ンプルホールダー96との間に良好な熱の接触を
提供する。プレートは、穴があいた、ネジ切り支
柱64へピンで、72に固定されている脚柱62
に固定されている。支柱64は、その他端が取付
けブロツク66にとりつけられている。ナツト6
8は、サンプルホールダー装置を垂直に調整して
いる。側面の調整には、取付けブロツク66をネ
ジで留められているベース19に横すべりさせて
調整する。従つて、サンプルホールダーは所望の
位置まで回転させ、固定ネジ71によりその場所
に固定される。 本発明の好適な態様のX線検出器36は、線状
の位置感応性比例計数管であり、市販のユニツト
である。これを第5図に示す。この検出器は細長
くて浅い箱状のハウジング74を有している。タ
ーミナル76はハウジングと絶縁されており、抵
抗が大きいカーボン被覆石英フアイバーである、
一つの直線アノード計数管ワイヤー38を支えて
いる。このワイヤーとそれに平行な一つ以上のカ
ソードエレメント75との間に高電圧がかけられ
る。回折X線フオトン34は、ベリリウム窓80
を通して計数管に入り、計数管ワイヤーに沿う入
口位置を特徴づけるガスイオン化を開始する。外
部の電気回路により所望の電圧が供給され、回折
X線の角度位置および強度が記録される。アルゴ
ン−メタンあるいはキセノン−メタンのようなガ
ス混合物を、入口82および出口82′(第7図)
を経由し、ハウジングを通して加圧して通過さ
せ、公知の方法で検出器の感応レベルおよび効率
レベルを維持する。 一方、前述の線状検出器の代わりに第6A図お
よび第6B図に示す湾曲検出器を使用することも
できる。ハウジング75aはアーチ形であり湾曲
計数管ワイヤー38aを支えている。そのような
湾曲計数管は、アメリカ特許No.4076981に記載さ
れている。多くの位置感応性検出器は、速度、検
出面積あるいは分解のいづれかに最適である。
個々の実験によつては、あるタイプの検出器が他
のものより好ましいものであろう(例えばこれら
の検出器受に関連する共通の誤差の詳細な論議で
は、つぎの参照(1)をみればよい)。以下の参照は、
これらの検出器について記載されている。 (1) R.A.Newmann、T.G.Fawcett、P.M.
Kirchhoff、Advance in X−ray Analysis、
Vol.27、1984(in press) (2) H.E.Go¨bel、Advances in X−ray
Analysis、Vol.22、1979、p.255−265. (3) H.E.Go¨bel、Advances in X−ray
Analysis、Vol.25、1982、p.315−324. (4) C.O.Ruud、Industrial Research and
Development、January、1983、p.84〜87. (5) Proceedings of the Symposium on New
Crystallo−graphic、Detecters、
Transactions of the American
Crystallographic Association、Vol.18、
1982、R.C.Hamlin、Ed. 検出器36に関連するコントロール装置および
デイスプレー装置を第7図に示す。検出器中のガ
ス雰囲気は、流れおよび圧力を調整する供給器8
4から供給される。感応ワイヤー38の高電圧
は、発生源86から送給される。検出器からのX
線アウトプツトデーターは、デジタル分析器40
中に、ワイヤー38の位置にそれぞれが相当する
約1500個の別々のチヤンネルでたくわえられる。
従つて検出器および分析器は、入射するX線フオ
トンを検出し、回折フオトンが検出器室に入つて
くる角度位置あるいはアドレスおよび各位置での
その入射数として回折データーを記録する。20°
(2シーター)の角度範囲をもつ検出器受による
分析器記録1500チヤンネルは、約0.8分間のアー
クを選択して入射角度を識別することができる。 即時分析のための分析器はその分析器中に蓄積
されるデーターを図示するビデオターミナル88
に接続される。更に生データーはコンピユーター
90へ送られる。コンピユーターは角度位置、ピ
ーク強度の大きさ、ピーク面積およびハーフワイ
ドのようなパラメーターおよび他の所望のパラメ
ーターを記録し、アウトプツトするために、ピー
クフイツトおよびデーターリダクシヨンの手順、
スムース化およびバツクグラウンド−抑制アルゴ
リズムによりプログラムが組まれている。コンピ
ユーターのアウトプツトは、ビデオターシナル9
2に表示され、プロツター94に記録されるかプ
リンター95で印刷される。X線回折ラインの強
度が第15図のような回折角の関数として表わさ
れている回折データーは、本発明の装置の回折計
の最終データーのアウトプツトを構成するもので
ある。 検出器およびコントロールおよび読取装置は、
市販のものである。検出器の使用法および結果の
解析法は公知である。検出器−計数管および適切
な電気回路部品については、N.Broll、M.
Henna、W.Krantz、Siemens Corporation
Application Note、57、Sept.1980、Cherry
Hill、N.J.、およびAnalytical Application
Notes No.271from Innovative Technがlogy、
Inc.、South Hamilton、MA.を参照すればよい。 第2図〜第4図に示すように、サンプル20お
よび皿22は、好ましくは例えばアルミニウムの
ような金属でつくられている包囲ブロツク24室
内にとりつけたサンプルホールダー96内に置か
れている。このブロツクにより熱量計の環境をコ
ントロールした保護室および温度が得られる。ま
たこのブロツクには図示されてはいないが冷却あ
るいは加熱のために液を循環させる付属設備がも
うけられている。その室内はカバー48によりガ
ス気密となつている。 サンプル皿22は、ブロツク24の熱伝導性サ
ンプルホールダー96(第4図)上に置かれる。
ホールダーは、ホールダー支持円盤99にとりつ
けたセンター支柱により支えられており、相接近
した抵抗加熱エレメント100および抵抗温度−
感応エレメント102を有している。これらのエ
レメントは、リード線により第9図に示す電子コ
ントロールおよび感応回路に接続されている。更
にブロツク24内には、対照用皿22′に入れた
任意の熱量比較サンプル(図示されていない)を
支える対照あるいは比較用ホールダー装置(通常
96′として示す)が置かれている。 一般的なタイプの示差走査熱量計の公知の操作
においては、同じ“平均”パワーを加熱エレメン
ト100および100′の両方に加えて、サンプ
ルおよび対照物質の温度を、サンプルの熱挙動が
分析される温度範囲にわたつて徐々にかつ連続に
コントロールする。2個の測熱エレメント10
2,102′により示された温度は、加熱エレメ
ントへ必要パワー量を提供することにより平衡に
保つように作用するコントロールシステムによつ
てすべての走査を通じて測定される。サンプルが
吸熱する場合、コントロールシステムはサンプル
へ大きな差動パワーを供給してサンプルおよび対
照物の温度を平衡に保つ。発熱反応の場合は、小
さな差動パワーをサンプルへ供給する。この差動
パワーの大きさが物理的あるいは化学的プロセス
の大きさの度合である。ここに述べた計器操作に
より示される値が、本発明の装置の主たるパラメ
ーターあるいはアウトプツトのうちの一つであ
る。 コントロールシステム(第9図)では、プログ
ラマー104(付属温度レコーダー106を有す
る)を、テスト温度条件が加熱か、冷却か、等温
かあるいはそれらの操作の組合せかどうかを指令
するために内部電気回路(図示せず)によりあら
かじめ調整する必換がある。温度平均化ネツトワ
ークを管理するコンピユーター108を備えたプ
ログラマーは、サンプルおよび対照物へ主(ある
いは平均)パワーを供給するアンプ110をコン
トロールする。差動パワーは第二アンプ112に
より供給され、レコーダー114により測定され
る。図示するように、電気回路には平均温度のた
めおよび差動パワーのためのコントロールループ
から成る。ソリツドステートのデジタルであるコ
ントロールシステムは市販されている。その使用
法および結果の解析法は公知である。更に詳しく
は、E.S.Waston等のAnalytical Chemistyr、36、
1233−8(1964)およびアメリカ特許No.3263484お
よび3732722を参照すればよい。 レコーダー106および114(第9図)は、
ターミナルで接続され115(第11図)にてプ
ロツトされ、差動パワーの変化を温度関数として
示すチヤートが表示される。このようなDSC曲
線(第12a図に示す)が本発明の装置による熱
量計部の最終アウトプツトデーターである。本発
明の大きな特徴は、これらの熱量計のデーターが
回折計により同時に得られたX線回折データーと
正確に相関性があることにある。従つて、サンプ
ルについての構造的および熱力学的性質の両方の
洞察が可能なのである。 前述の第1図に示したX線回折ユニツトは、
Guinier回折システムの配置を用いたものであり、
Huber湾曲焦点結晶モノクロメーターを備えたも
のである。Guinierシステムでは、サンプル20
は、屈折計の焦点円41周のある一点に位置し、
検出器36は円周の異なる一点に位置されてい
る。X線ビーム32は、サンプルを通過するよう
に集中しているが、サンプルに一点に鋭く集中し
てはいない。焦点は、円41周の第三ポイント1
16である。実際の理由は、主ビームがX線の停
止により焦点がなく終つているからである。サン
プルにより回折されたX線34は、検出器36の
円41周の点で真の焦点に到達している。この
Guinier装置およびその意義については、H.E.
Go¨belによるAdvances in X−Ray Analysis、
25、p.315−324(1982)およびT.G.Fawcett等に
よるIoc.cit.、26、p.171−180(1982)にかなり詳
細に考察されている。 Guniner配置は、好適ではあるが、本発明にと
つては必須なものでない。第8図に別のシステム
であるBragg−Brentanoシステムを示す。この
システムでは、X線28は、それ自体が焦点円4
1周の一点の源26により生成されている。サン
プルは、円周に位置する代わりにその中心120
に位置する。サンプルは、反射21あるいは通過
23の位置のどちらかにある。サンプルから回折
したX線は、焦点円41の円周の点で検出器によ
り測定される。このシステムもまた、H.E.
Go¨bellによる、Advances in X−Ray
Analysis、22、p.255〜265(1979)において論議
されている。 本発明において満足すべき更に他の配置は、ア
メリカ特許No.4076981記載のDebye−Scherrer
cameraのものである。 X線配置として広角あるいは狭角いづれかのも
の即ちShatton配置のものが適当である。単色焦
点系の線源が好ましい。高分解システムが有用で
ある。 他の回折計およびDSC配置を第10図に示す。
この場合、X線ビームは、サンプルホルダーの底
部に向つて垂直に通過する。このような配置で
は、改良された熱接触により良好なDSC感度が
得られ、かつX線ビーム中に多くのサンプルを直
接に置くことにより改良されたX線感度が得られ
る。第10図の配置では、デスクに水平に置かれ
た包囲ブロツク24を使用して同時X線および熱
量測定される。X線ビーム32は上に向つて垂直
であり、ブロツク底部の入口窓に入り、ブロツク
上部の出口窓からでていく。ついで回折X線34
は、出口窓から検出器36へ放出される。サンプ
ルホールダーおよびホールダー支柱は、X線透過
のために、例えば、中空のセンター部を有してい
る。サンプルはX線透過物質製の皿(図示せず)
に入れられる。本発明では多くの回折計の配置が
可能であるが、更に、X線ビームに関するサンプ
ルおよびサンプル包囲物についてもいろいろな設
置方法が可能である。例えば、第10図による配
置は、Guinier透過配置(第1図参照)の代わり
に、回折計装置としてBragg−Brento装置(第
8図)を利用したものである。Debye−Scherrer
配置もまた適している。一般にサンプルにX線ビ
ームを衝突させ、その回折X線を位置感応検出器
により測定しうるすべての配置が利用可能であ
る。 本発明によるX線パターンおよび熱量データの
同時測定は、固体あるいは半固体サンプルがガス
と化合反応している間の相転移を研究する上での
有利性により使用される。そのような研究は、不
均質系触媒として用いられるコンプレツクス金属
酸化物組成物における酸化および還元変化を調査
する上で特に貴重である。この目的には、第11
図に示す配置が使用される。 サンプルは、ガスを導入する入口部144およ
び放出する出口部146を備えたサンプルブロツ
ク24中に置かれる。サンプルブロツクはカバー
付きであり包囲内部でのガスとの接触はこれらの
入口部、出口部を通しておこなわれる。 包囲ブロツク24は、X線32がサンプルに衝
突するように位置している。回折線34,34′
は、検出器36により受け入れられ、その生成X
線データーは、PSPC電子モジユール39(第7
図で詳述した多チヤンネル分析器にデーターが貯
えられる)によりたくわえられ、前述のようにタ
ーミナル88で表示される。サンプルの温度を研
究されるべき範囲で走査させて得られる包囲物か
らの熱量シグナルは、DSC電子コントロールユ
ニツト113(第9図に詳述)により受け入れら
れてレコーダー115で表示される。研究用に
は、反応性ガス例えばシリンダー130からの水
素あるいは圧縮ガス、あるいはシリンダー131
からの酸素およびキヤリヤーガス例えば別のシリ
ンダー132からの窒素が使用される。ガスは精
製および圧力調整ユニツト134を通じて流され
る。ガスは、混合室142で合流した後入口部1
44よりサンプルブロツク24中に入り、研究用
のサンプルと接触する。ガス状の反応生成物は、
出口部146を経てスイツチバルブ139により
流量計138あるいはガス分析器に導かれる。走
査時にサンプル中でおこる構造的および化学的変
化は、X線回折パターンと熱量シグナルとを比較
することにより更にガス分析器141の表示によ
り同定され、定量される。 本発明の装置の一部を成す熱分析装置は、パワ
ー補正タイプの示差走査熱量計(DSC)として
説明されてきた。このDSCはPerkin−Elmer
Model DSC−2(アメリカ特許No.3263484および
No.3732722)として市販され、公知である。この
ものは本目的に合致するものであるが、文献で公
知な他のタイプの示差走査熱量計も使用できる。
例えば市販されているDuPont DSC、Mettler
DSC−20およびSetaram Model DSCである。
更に、厳密には熱量計ではない他の熱分析ユニツ
トも有用である。例えばMettler Model TA10
およびDuPont DTAなどの示差熱分析器
(DTA)である。 前述のように、本発明はいかなる個々のDSC
あるいはDTAにも限定されるものではない。た
だ、分析器が研究すべきサンプルの温度コントロ
ール用装置とサンプルの変化時の熱力学的挙動を
示すパラメーターを測定し、記録する検出装置を
有していることだけが必要である。“熱力学的性
質”は、DSCあるいはDTA装置を用いて測定さ
れうるサンプルの熱量測定による広い範囲のもの
である。これは、一般にDSCについては、エン
タルピー変化あるいは比熱容量の測定を意味して
いる。またDTAについては、これは一般に、研
究サンプルのある温度関数としての定性的あるい
は半−定量的な発熱事象および吸熱事象の測定を
意味している。 本発明の装置の操作法については、前述のこと
からほぼ明白であると考えられるが更に以下に詳
述する。 本装置および方法は、物質の熱力学的および構
造的性質を同時に測定するために有用である。単
結晶固体、多結晶固体、無機物、薬、有機物、お
よび混合物質、または塊状あるいはパウダー状、
フイルム状の固形あるいは半−固体プラスチツク
更に液状プラスチツク等を研究するために有利で
ある。 操作する場合、先ずサンプル20をサンプルホ
ールダー96に入れる。同時に対照サンプルもま
た対照サンプルホールダー96′中の対照皿2
2′に入れる。このサンプルホールダー装置18
は、サンプルをX線回折計に関係する場所に保持
することおよび熱分析の熱量室を構成することを
同時に提供するものである。 サンプルおよび対照サンプルを入れたサンプル
ホールダーは、サンプルがX線回折ユニツトの焦
点円の一点にX線ビーム通路が来るように慎重に
調整してとりつけられる。ついで回折計および熱
量計の両方のコントロールおよび読取回路を準備
する。ガス雰囲気をサンプル室に循環させる場合
には、更にその準備をする。ついでサンプルおよ
び対照物質を測定温度範囲に加熱するコントロー
ルのプログラムを組み、更に加熱速度もまたあら
かじめセツトする。 すべての準備が終了したらX線回折計および熱
量計を生かす。ついで自動的に走査を開始させ
る。回折計の読取りが、サンプルから回折したX
線の角度および強度を測定、記録する。(これら
は、回折ピークの角度位置の大きさである)。こ
の記録はその強度が回折角度の関数として示され
るプロツター94により表示される。このプロツ
トは、所定の時間毎に繰返される。同じデーター
は、オペレーターによる即時監視のためビデオタ
ーミナル88で目視できる。 同時に、走査熱量計は走査中の各時間における
サンプルの温度と、サンプルおよび対照物の温度
を平衡に保つために必要ならば差動パワーとの両
方を測定し記録する。この記録は温度の関数とし
て示される差動パワーと共にレコーダー115に
よりチヤートとして表示される。温度ラインも時
間毎にチエツクされる。所望ならばこのデーター
はターミナルで目視することが可能である。走査
は測定が終了する所定の終了温度に達する迄継続
する。 この結果を解析するために分析オペレーターは
回折データおよび熱量データーを比較する。デー
ターの時間マークは、同時事象を確認するもので
ある。従つて走査においてある温度に達した時に
熱量計のデーターが熱的な事象を示したならば、
同じ時間に回折パターンにどんな変化が起つたの
かを、それに相当する回折データが示すであろ
う。分析者は回折パターンを検討し、数多くの結
晶試料を同定するものとして文献に公知な標準対
照物パターンとそれらとを比較する。この比較に
より変化に含まれる相および変化の性質を同定す
る。 本発明の装置では、回折スペクトルおよび熱的
な事象が迅速に検出され、記録されるので数百℃
の百分度にわたる全走査が2〜3分のうちに終了
してしまう。従つて、分析者は従来技術法ではと
らえることができなかつた短命のスパンを有する
一時的な相の出現および消失のような急激な結晶
学的事象を検出することができる。更に分析者
は、コンプレツクス混合物をテストし、わずか2
〜3℃の温度内でおこなわれる個々の成分での連
続的な相変化を検出し同定することもできる。ま
た多成分混合物中の混合物の化学的相互作用を調
べることもできる。更に本発明の装置および方法
での正確な温度コントロールと迅速な分析による
一回の実験のみで、温度関数としての熱による構
造変化、分子配向、結晶作用、変形応力および変
形をすべて測定することができる。従来技術の方
法では、これらの測定は、できなかつたかあるい
は、そのような表示が見のがされていたかあるい
は誤解されているものである。 更に本発明の有利性は、熱的事象あるいは相変
化がある温度でおこなわれ、第一スパーンで観察
されたが、その事象のすべての詳細が明白でない
場合に再び操作しうるところにある。即ち問題の
温度に近づいた場合に温度上昇を中止させるかあ
るいはその速度を非常に小さくさせ、同じサンプ
ルあるいは新しいサンプルを用いて別の走査をス
タートさせることができる。このためには簡単な
コントロール回路の調整だけが必要なので、変化
の必要性が明らかな場合、走査の途中で温度上昇
を中止したりあるいはその速度を変えることがで
きる。温度を安定させるかあるいは徐々に上昇さ
せながら広範囲にわたつてのX線や熱的な測定を
おこなうことにより、本来の迅速なスパーンでは
見出せなかつた臨界的な詳細な事項をとらえるこ
とができる。テストパラメーターがテスト中に調
整しうると云う点で力学的である相互作用分析が
可能になつたことによりこれまで未解決であるか
あるいは未知であつた構造的および熱的相関関係
の同定および特性化が可能になつたのである。 本発明の方法は、分析すべきサンプルに反応ガ
スを通す場合に特に有用である。走査は、いづれ
の時点でも中断することができるので、ガスとの
反応によつて生ずる熱的および構造的変化は、そ
の変化がおこなわれている間に詳細に測定するこ
とができる。 上述の説明は、温度走査がサンプルを加熱する
ことによるものであるが、本発明においては、温
度を下げるように走査することも同じように可能
である。測定は、温度を上昇しながら開始するこ
とができるし、更に自然にあるいは速度で冷却が
起る。室温以下の範囲を調査するために人工的冷
却が適用できる。その装置は液体窒素の温度のよ
うな低温から600℃またはそれ以上の温度まで操
作できる。 実施例 1 本発明の使用あるいは操作について以下の実施
例により更に詳しく説明する。 X線回折計(XRD)17(第1図および第7
図)では、CuX線ライン源を提供するPhillips発
生器により入射X線ビーム28を発生させた。
CuX〓1放射線をCuK〓2およびCuK〓3放射線から分
離するためにHuber湾曲焦点ゲルマニウム結晶モ
ノクロメーターを有するGuinier回折システムを
使用した。サンプルに集中する生成入射ビーム3
2は単色(波長=1.5406Å)であつた。 検出管は、Braun湾曲位置感応性比例計数管を
用いた。電圧供給器86および多チヤンネル分析
計40を有するこの検出器は約20°(2θ)にわたつ
て回折X線を同時収集した。検出器を支柱のまわ
りのいろいろな位置へ動かすことにより0〜70°
の操作角度2θの接触しうる範囲に調整した。 示差走査熱量計(DSC)はPerkin−Elmer
DSC−2を用いた。サンプルホールダ装置18
は、DSC−2のオーブンからつくつた。X線の
入口および出口はアルミニウムブロツクに穴をあ
け、それをシールするため0.1mm厚のMylarフイ
ルムでおおつた。サンプル20は通常約20mgであ
るが、これを0.02mmのアルミニウムホイルに入れ
サンプルホールダー96中に置いた。X線の強度
が他の点で不充分な場合にはフルビームにするた
めにホイルに穴をあけた。 X線装置の操作パラメーターは以下のものであ
つた。 X線源 Cuライン源、長くて鋭い焦点。 電流 20mA 電圧 40KV PSPCガス 90%アルゴン、10%メタン ガス圧力 11〜12bar ガス流速 1.0c.c./hr PSPC電圧 4.0〜4.4KV 多チヤンネル分析計40には、ビデオターミナ
ルを経てつくられた連続測定の回折データーを集
めた。X線データーフアイルは、収集後、貯蔵お
よび分析のため市販のコンピユーターインターフ
エイス87を経て、PDP−11/34コンピユータ
ーのハードデイスクへ移動した。テスト終了後、
パターンはパラメーターとしてピーク位置、面
積、ハーフワイド等を得るために、ピークフイツ
トおよびデーターリダクシヨン手段にインプツト
することにより公知の方法で処理された。(J.W.
Edmonds等のAdvance in X−Ray Analysis、
22、P.143(1979)を参照)。移行時間は、1200ポ
イントデーターフアイルについて約30秒であつ
た。この装置の操作におけるDSCは、あらかじ
めセツトした速度で走査させた。通常20℃/min
〜1.25℃/minである。X線回折パターンは1パ
ターンにつき5分より短い収集時間で走査に従つ
て所望の温度であつめられた。 実施例 2 実証テストでは、ポリエチレンのサンプルを溶
解する迄加熱後(第12A図および第12B図)
室温まで冷却した(第13A図および第13B
図)。このサイクルは2.5°/minでおこない、X線
回折データーは2分間隔でとつた。熱量データー
と構造データーとの相関関係は、温度および熱量
挙動の関数としてのサンプルの結晶性を示してい
る。 実施例 3 他の実施例では、二種類の有機多形体の相互転
換を調べるためのDSC/XRDを使用した。この
化合物の代表的な迅速DSC走査を第14A図に示
す。この化合物は3〜4℃だけ異なる融点を有す
る二つの多形体を示すことが知られていた。X線
回折および示差走査熱量を別々に実験室的におこ
なつた従来分析はこれらの方法による多形体の定
量が類似であるが同一ではない結果を与えること
を示した。測定の相違を調べるためDSC/XRD
の同時テストをおこなつた。加熱段階の顕微鏡に
よる従来の測定では低温溶融形()が、加熱特
に高温溶融形()へゆつくりと転換するであろ
うことは指摘されたが、顕微鏡では二つの構造間
の差異を認めることができないためその現象をは
つきりと理解しえなかつた。 変形の状態を調べるため純粋な低温溶融形
()のサンプルを装置に入れ、XRD走査をとつ
た。サンプルをゆつくりと(1.25℃/min)加熱
したところ溶融発熱が145℃ではじめてDSCのア
ルトプツトに観察された(第14B図)。ついで
温度をそのまま一定に3分間保持しながら他の
XRD走査をとつた(第15図)。DSCが吸熱のピ
ークに到達することを示す迄、温度を徐々に上昇
させた後に一定にして他のXRD走査をとると云
つたサイクルへサンプルを供した。この時点でサ
ンプルの温度を一定に保ちながら更にXRD走査
をとつた。最後に温度を10℃/minで100℃まで
低下させ、更にXRD走査をとつた。全操作時間
は25分間しか要しなかつた。 この操作によるデーターを第15図に示す。室
温での最初の走査および100℃での最後の走査の
回折スペクトルにおけるピークを比較すると
()形が()に変形していることがわかる。
更に溶融吸熱ピークでとつた二つの走査が、バツ
クグランド上に重ね合つたままの小さい()形
の結晶ピークを示していることが見られる。コン
ピユーターピークフイツト手順を用いたこれらの
ピークの分析は、テスト時におけるある相から他
の相への最終的な転化が約88%であることを示し
ている。 本発明の走置により、X線回折検出器に多形体
の相互転換を測定しうるようにする正確な温度コ
ントロールが可能となつた。温度が高すぎる場合
には、両方の多形体とも相互転換せずに融解す
る。また温度が低すぎる場合、両物質とも固体の
ままで転換しない。温度が145〜148℃の間であれ
ば相互転換がおこなわれるであろう。相互作用の
DSCデータは実験者に対して正確な吸熱溶融お
よび潜在的相互転換のポイントを指示する。X線
データーは相互転換を同定するばかりでなく、転
換の速度および終結をも同定するために使用され
る。要するに、DSCは正確な温度コントロール
を提供しかつ吸熱の開始を示し、一方X線データ
ーは、多形体相互転換を同定しかつその速度を測
定する。このことは一回の実験、一個のサンプル
で実施される。 これらの結果は、従来のDSCによる多形体の
定量が従来のDSCおよびXRDデーターを一致さ
せるテストの際に多形体が溶融し、更に相互転換
してしまうために間違つて解釈されていたことを
示している。 本発明の装置および方法は物質中で同時におこ
なわれる構造的(例えば結晶学的)および熱力学
的変化の相関関係を研究し、多様な現象を解明す
るために利用される。プラスチツク工業において
は成形ポリエチレンのような熱可塑性樹脂の焼入
れ時に結晶格子の応力除去が試験される:この場
合結晶サイズ、構造および結晶性のすべてが測定
される。 本発明の装置により実施した組合せDSC/
XRDテストをつぎに示す。この実施例は同時
DSC/XRDテストが、いづれかの装置単独使用
では得られなかつた情報を提供しうることを示し
ている。 実施例 4 ポリマー分析におけるDSCデーターは185℃で
の一個の吸熱ピークを示している。しかし同時に
とられたX線データーは同じ温度における二つの
構造的事象を示している。事象の一つはサンプル
の一部の結晶化(発熱)である。従つて、本発明
の装置(DSC/XRD)は、観察されたDSC吸熱
が、実際は、大きい吸熱と小さい発熱との組合せ
(即ち一つではなく二つの熱的事象)であること
を示している。装置の正確な温度コントロール
が、同じ温度において二つの事象のX線検出およ
び測定をおこない、かつ185℃における熱移動が
逆の熱フローの二つの事象(即ち発熱および吸
熱)に関連している現象を解明している。 実施例 5 無機物、有機物およびポリマーの混合物を含有
する多成分生成物を本発明の装置により分析し
た。更に一般的な方法と同じような温度、雰囲気
加熱時間、および加熱速度条件でテストをおこな
つた。サンプルを23〜300℃のサイクルで急速に
加熱、冷却した。全テスト時間は90分とした。
DSCデーターは三つの事象を示す。多成分生成
物と生成物を構成する各物質の標準との従来法に
よる比較はポリマーのガラス転移を同定するだけ
であつた。他の二つの事象、即ち発熱および吸熱
は標準との比較により同定することができなかつ
た。DSC/XRDテストは発熱がポリマーマトリ
ツクス中での有機物の結晶化であることを示し
た。吸熱移動は、X線回折データーにより、サン
プルマトリツクスへの有機物の溶解であることが
示された。生成物への有機物の溶解は、純粋の有
機物の融点より低い70℃でおこなわれた。テスト
を異なる加速速度あるいは異なる雰囲気下で実施
したところ、発熱および吸熱の移動は、40℃まで
シフトした。従つて熱移動の構造的性質を同定す
るためには、X線回折と熱量的データーとの両方
を同時に得られるようにする必要がある。従来法
による装置では本発明の装置での速度あるいは温
度コントロールと同じようにすることはできなか
つた。更に本テストは、本発明の装置により如何
にしてコンプレツクス混合物を分析するかについ
て、また如何にして混合物の成分間の化学的相互
作用(即ち70℃の融点でその位置で結晶化および
溶解する)を解明するかについて示すものであ
る。更に、本発明は、各成分が混合物中に混合さ
れている度合によりその衝撃強さが影響を受ける
ことを他のテストが示しているために臨界的であ
る。 実施例 6 触媒に使用する可能性を目的としていくつかの
銅化合物および添加剤を混合した銅化合物につい
て、本発明のDSC/XRD装置により分析した。
テストは通常三つの部分から成る;第一はコント
ロールした雰囲気(N2、あるいは酸化性ガス混
合物)中での慎重な予熱、第二は混合H2/N2
囲気下での還元、第三は酸化および還元を含む触
媒再生プログラムである。 DSC/XRD装置では、すべてのテスト段階で
慎重に温度コントロールする。触媒研究において
この温度コントロールにより望ましくない急激な
発熱反応(金属触媒の還元の場合のような反応)
を防止することができる。予熱段階における
DSC/XRD装置ではDSCデーターと測定された
X線回折パターンとを相関させることにより熱分
解を正確に測定することができる。多成分混合物
に関する相関データーは物質の熱的変化やその変
化の度合および速度を固定する。触媒は一般に活
性物質、多成分基材およびバインダーやペレツト
状潤滑剤のような他の物質から構成されている。 一定温度でおこなわれる還元テストでのDSC
データーは還元の最初と終結とを示している。こ
のことはX線回折データーが大きな変化の結果で
あつてDSCデーターにみられる小さな変化(即
ち還元の開始および還元の終了の非常に遅い段
階)に感応しないために重要なことである。通常
X線回折法は全重量の1%の結晶変化に感応す
る。DSCデーターは物質中の非結晶変化や1%
を越えないある変化をも検出することができる。
XRDデーターは物質が還元されつつあることを
測定するために使用される。実施例3と同じよう
にして、高温での還元発熱が、一つの段階で
CuO、Cu2OおよびCu塩からCu(金属)へすべて
同時に還元される組合せであるテストが実施され
た。更に還元性(あるいは酸化性)物質のうちの
>50%が5秒より短時間で還元(あるいは酸化)
されるテストも実施された。従つて、本発明の装
置の速度により、これまで同定あるいは測定不可
能であつた熱的−構造物質の同定および反応速度
が可能となつた。 触媒サイクル(酸化、還元、再生)のすべての
段階における時間および温度は、本発明の利用に
より最適化することができる。例えば、表面積の
大きい触媒が所望の場合には、非常に短い製造時
間であるいは非常に廉価な方法で所望の物性を得
られるように前述のサイクルを最適化させるた
め、本発明の機器を使用することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a scientific device for measuring thermodynamic and structural properties of materials. More specifically, the present invention relates to a device for simultaneous calorimetry-X-ray diffraction analysis. In characterizing the physical and chemical behavior of a substance, it is customary to study both its thermodynamic (eg caloric) and structural (eg crystalline) properties separately. Thermodynamic properties are determined by differential scanning calorimetry (DSC)
and commonly determined by differential thermal analysis. Modern DSC and DTA equipment is very advanced;
In some cases, temperature-sensitive adjustment and measurement of fractions up to 1°C is possible. The sample is rapidly heated to a wide range of temperatures in a very short period of time, allowing accurate calorimetry measurements. Crystallinity is often studied by X-ray diffraction (XRD) spectroscopy. Diffraction data is collected with photographic film or with a scintillation counter for detailed resolution. Such operations are time consuming, requiring 30 minutes or more of data acquisition time for each pattern at each temperature. One test over a temperature range can take one or more days. As described above, since data acquisition time for X-ray diffraction examination is time-consuming, it has not been possible to correlate structural data and calorific value data by a rapid method. In industrial processes, heat treatments and/or chemical treatments occur within minutes or seconds (eg polymer extraction or catalytic oxidation). Additionally, sample heating equipment for X-ray diffraction analysis was relatively crude. Constant sample temperature control, for example within 5° C., could only rarely be achieved except near room temperature. For both of these reasons, a rapid scan or dynamic reading of a series of X-ray diffraction patterns that is accurately and simultaneously correlated to the heating temperature of the sample has not been possible to date. On the other hand, attempts have generally been made to first analyze a sample by one of the aforementioned methods and then by another method. The two measurements were then fully correlated in order to elucidate as much as possible the thermal structural behavior of the sample. However, when attempting to match observed structural changes to individual caloric phenomena, diffraction data and calorific data are
Differences in sample heating conditions and sample size, as well as differences in data acquisition time between DSC and conventional XRD, precluded proper correlation. When this method is used for multicomponent samples, the separate physicochemical phenomena that occur at short temperatures are often misinterpreted because they represent instantaneous and irreversible phase changes that occur within 1 to 2 minutes. , or be misunderstood. Only recently have some of these been improved. That is, a position-sensitive detector has been developed as an X-ray detector that greatly improves the detection speed of diffraction data. This can shorten the analysis time of X-ray diffraction to the extent that it corresponds to the time of differential thermal analysis and differential scanning calorimetry. The present invention improves upon these advantages and provides an operating device and method for simultaneously dynamically measuring thermodynamic and structural properties of a sample subjected to temperature and/or ambient changes. It is something. The instrument of the invention consists of a combination of both an X-ray diffraction analyzer and a calorimeter (differential scanning calorimeter or differential thermal analyzer) for the same processing and simultaneous detection of the same sample to be analyzed. Diffraction analyzers are also used for the measurement of thermodynamic properties and include an X-ray beam source impinging on the sample to be measured and a rapid position sensitive system for receiving the radiation diffracted from the sample for measuring structural properties. Includes sex detector. The calorimeter has a sample holder in which the sample is placed and held for collaborative analysis in a sample holder device. The sample holder device has an entrance or x-ray transparent window positioned to impinge the x-ray beam of the diffractometer on the sample in the holder and an exit slit window for passing the diffracted radiation to the x-ray detector. . Furthermore, the analyzer has a control device for varying the temperature of the sample in the holder and a device for measuring the thermodynamic behavior of the sample during the change. Preferably, the x-ray source provides a focused monochromatic beam. It is advantageous to have a source with a Guinier diffraction system and a curved focal monochromator. The source and sample holder (and enclosure) are geometrically arranged so that the sample in the holder is located along the focal circle of the diffractometer. The X-ray detector is preferably a position-sensitive proportional counter mounted to move the focal circle of the diffraction analyzer with sensitive elements placed along the circumference. The detector is connected to an electronic readout circuit. It has a multichannel spectrometer with a display terminal or recorder that numerically and graphically represents the position and intensity of the lines forming the X-ray diffraction pattern. Preferably, the calorimeter is a differential scanning calorimeter equipped with an electronic readout circuit that displays and records both the temperature of the sample being analyzed and the presence and extent of calorimetric events occurring in the sample. The circuit also includes a device for controlling the temperature of the sample in the holder. Advantageously, the device can be programmed to raise, lower or maintain the temperature. A sample holder device (sometimes referred to as a sample holder device or cell) consists of a protective enclosure, such as, but not limited to, a metal block having a cover that hermetically seals the interior. The block has two chambers (or one common chamber) for sample and control holders.
have. A wider variety of sample holder device designs than those described herein are known and can be used instead. For example, as illustrated in the cited literature and commercially available instruments for DSC and DTA. Similarly, sample holders can be used in numerous forms and modified for simultaneous sample analysis according to the invention. The sample holder device is fitted with an X-ray transparent inlet and exit slit window and covered with a thin sheet of X-ray transparent material to seal it. If the instrument is used to study the influence of a gaseous medium on analytical test samples, the sample holder device may also be equipped with inlets and outlets for controlling the gas that passes through in contact with the sample. can. In addition to providing a novel device, the present invention also provides
Furthermore, it relates to a method for simultaneously analyzing thermodynamic and structural properties of materials. In this method the sample material is subjected to a program of temperature and/or ambient changes. In the program, for example in the DSC method, the differential heat flow to and from the sample is measured, which indicates the calorific behavior. At the same time, the sample is exposed to a focused x-ray beam and diffraction data from the sample is also measured during that time. The calorific data and x-ray data are then compared as a function of temperature and ambient. This contrast provides great insight into the fundamental physicochemical behavior of the sample and, in the case of multicomponent samples, of its constituent substances and how these substances interact with each other. Give. This equipment and method can be used over a wide range of temperatures and under many atmospheres. These simultaneously scan and record calorimetric and X-ray diffraction data while the sample is heated to hundreds of degrees, all within minutes. X-ray data is dynamically reacquired as the calorimetric analysis progresses, providing a direct correlation between structural changes and short-term instantaneous calorific events. Then, the kinetics of structural changes induced by heat and atmosphere are studied precisely, allowing the elucidation of complex DSC curves. In the case of samples containing several components, the phases can be easily separated and the calorific events can be reliably distributed to individual components or to more than one component. This type of result has never been achieved before. The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a top view of a combined X-ray diffraction analyzer and differential scanning calorimeter according to the present invention, with the electronic control and recording system omitted. The figure shows the equipment according to the arrangement of the Haber-Guinier system. FIG. 2 is a partial side view of the central portion of the device of FIG. 1, enlarged to show the sample container and its attachment; FIG. 3 is a perspective view showing the inside of the sample container of FIG. 2; FIG. 4 is a cross-sectional elevational view of the sample container taken along line 4--4 of FIG. 3, showing the sample holder with heating and temperature sensing elements. Additionally, the figure shows the gas inlet and outlet. FIG. 5 is a sectional view of the linear position-sensitive proportional counter used as the X-ray detector shown in FIG. 6a and 6b are cross-sectional views of a curved position sensitive proportional counter used as a replacement for the counter of FIG. Additionally, this figure shows the typical errors associated with these types of detectors. FIG. 7 is a block diagram illustrating the detector control and recording system of an X-ray diffractometer of an instrument according to the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram of another X-ray diffractometer using the Bragg-Bentano system arrangement. FIG. 9 is a block diagram of a differential scanning calorimeter electronic sensitivity and control system forming another part of the instrument of the present invention. FIG. 10 is an elevational view of an alternative device configuration in which the x-ray beam is directed vertically upwards. FIG. 11 is a block diagram showing the relationship between the control and recording system of the entire apparatus according to the present invention, which includes supplying gas to the sample container,
It includes a system for analyzing the effluent gas from the vessel. Figures 12A and 12B show a typical X-ray diffraction pattern (Figure 12B) and its equivalent produced by the apparatus of the present invention during a heating cycle.
Recording with DSC scanning (Figure 12A). Figures 13A and 13B are the same as the records in Figures 12A and 12B, respectively, except that they were made during the cooling cycle. Figures 14A-C show polymorphic organic compounds.
These are the DSC scans before the DSC/XFD test, during the test, and after the test. FIG. 15 shows the interconversion of polymorphs from low to high melting points produced by the apparatus of the present invention.
The line diffraction pattern is shown. The basic elements of a preferred construction of the invention are shown in FIGS. 1 and 2. These are an X-ray diffraction analyzer and a differential scanning calorimeter, shown at 17, the sample holder device of which is shown at 18. These are tightly sectioned and mounted on a common base 19 as described below. A sample of the substance to be measured is placed in a small dish or container 22 made of aluminum foil, for example, and placed in a sample holder (96 in FIG. 3) in the sample holder device 18.
Typically, milligram quantities of the substance in powder or film form are desired. The sample holder device of the previously described block design is constructed with a protective enclosure block 24 of a commercially available device. However, it has been modified and arranged to also serve as a sample support for an X-ray diffractometer. In this case, the sample is shared by the diffractometer 17 and the calorimeter and analyzed simultaneously. In the diffractometer 17, an x-ray source 26 produces an x-ray beam 28 that impinges on a monochromator 30. The latter disperses and redirects the X-rays to provide a single energy beam 32 that is focused on the sample 20. X-radiation passes through the sample and is diffracted from the main beam at various fixed angles. 1st
Two are shown in the figure as 34 and 34'. The diffraction or "scan" angle, commonly referred to as 2-theta (2-theta), and the corresponding diffracted X-ray intensity characterize the crystalline structure of the sample. The diffracted X-rays are collected on a position sensitive detector 36. The detector 36 records the acceptance of diffracted radiation and also provides information about the length (1-dimensional detector) and area (2-dimensional detector) in which the radiation is absorbed. For these, see American
Report of the Crystallographic Association (18 volumes,
(1982, p. 9, R.C. Chamlin, Ed.). The detector is of known design and consists of a 25 micron diameter wire 38 that is sensitive to the angular position and frequency (i.e., counts/second) of the incident X-ray photons. The detector has an angular range of about 20 DEG 2-theta and is connected to a multichannel analyzer 40 (FIG. 7). The latter stores output data indicating the angular position and intensity of the diffraction data. Furthermore, the detector and analyzer will be described below. The test sample 20 and the detector are placed horizontally on the outer periphery of the focal circle 41 (impingement circle in FIG. 1) of the X-ray diffractometer. The X-rays are best concentrated at all points of the circle, making diffraction data analysis most accurate. Although the sample 20 is fixed, the detector is attached to a bracket 42 that rotates about a post 44. The strut is screwed to a block 46 which is attached to the base 19 by means of equipment not shown. Block 46 is positioned so that post 44 is in the center of focal circle 41. In this arrangement, the detector can be rotated to the next position of the focal circle if data is to be measured over a wider range of angles than if it were extended in one direction relative to the detector. The surrounding block 24, in which the sample is placed in the path of the x-ray beam 32, is covered by a cover 48. Holes are drilled in the walls of the block 24 and the cover 48 to allow the X-rays to pass through.
An inlet 50 for receiving the radiation and an exit slit 52 for the X-rays are made (FIGS. 2-4). The entrance section 50 directs the focused X-ray beam 32 towards the sample.
conically inclined to minimize strength loss,
It narrows inward. A small hole 51 is made in the side of the sample holder 96 near the sample pan 22 in order to cause the X-rays to directly impinge on the sample 20. Typically, a sample holder cover (not shown) on top of sample holder 96 will need to be reshaped or removed if diffracted x-rays are to be emitted from sample holder 96 and surrounding block 24. X-ray entrance section 51
and the top of the sample holder for optimal DSC
To obtain calorimetric sensitivity, it is necessary to cover with an X-ray transparent material that minimizes undesired radioactive and convective heat transfer from the sample. Furthermore, if the room in the block is to be gas-tight, the inside and outside of the inlet and outlet slits may be covered with films 54, 56 of an X-ray transparent material such as sheets of beryllium or Mylar (polyethylene terephthalate resin). . The Mylar window has the advantage of allowing visual inspection of the sample at any time during testing if the sample pan is uncovered. To position the sample 20 in the X-ray beam,
The sample holder device 18 is adjusted and mounted in all directions by fixing it to a mounting device 58 (FIG. 2) on the base 19.
The sample holder device block 24 is mounted on a plate 60 which is inclined so that the X-ray beam 32 impinges on the sample 20 at an angle. Additionally, the tilted block provides good thermal contact between the sample pan 22 and the sample holder 96. The plate is secured to the pedestal 62 by pins 72 to the perforated, threaded stanchions 64.
is fixed. The other end of the post 64 is attached to a mounting block 66. Natsuto 6
8 is adjusting the sample holder device vertically. For side adjustment, the mounting block 66 is slid sideways onto the base 19 which is fastened with screws. The sample holder is thus rotated to the desired position and fixed in place by the fixing screw 71. The X-ray detector 36 of the preferred embodiment of the present invention is a linear position sensitive proportional counter and is a commercially available unit. This is shown in FIG. The detector has an elongated, shallow, box-shaped housing 74. Terminal 76 is insulated from the housing and is a high resistance carbon coated quartz fiber.
It supports one straight anode counter wire 38. A high voltage is applied between this wire and one or more cathode elements 75 parallel to it. Diffraction X-ray photon 34
enters the counter through and begins gas ionization characterizing the inlet location along the counter wire. An external electrical circuit supplies the desired voltage and records the angular position and intensity of the diffracted X-rays. A gas mixture such as argon-methane or xenon-methane is introduced into the inlet 82 and outlet 82' (FIG. 7).
is passed under pressure through the housing to maintain the sensitivity and efficiency levels of the detector in a known manner. On the other hand, a curved detector shown in FIGS. 6A and 6B may be used instead of the linear detector described above. Housing 75a is arched and supports curved counter wire 38a. Such a curved counter is described in US Pat. No. 4,076,981. Many position sensitive detectors are optimized for either speed, detection area, or resolution.
Depending on the particular experiment, one type of detector may be preferable to another (see, for example, reference (1) below for a detailed discussion of common errors associated with these detector receivers). Good luck). The following references are
These detectors are described. (1) RA Newmann, TGFawcett, P.M.
Kirchhoff, Advance in X-ray Analysis,
Vol.27, 1984 (in press) (2) HEGo¨bel, Advances in X-ray
Analysis, Vol.22, 1979, p.255-265. (3) HEGo¨bel, Advances in X-ray
Analysis, Vol.25, 1982, p.315−324. (4) CORuud, Industrial Research and
Development, January, 1983, p.84-87. (5) Proceedings of the Symposium on New
Crystallo-graphic, Detectors,
Transactions of the American
Crystallographic Association, Vol.18,
1982, R.C. Chamlin, Ed. The control and display devices associated with detector 36 are shown in FIG. The gas atmosphere in the detector is supplied by a feeder 8 that regulates the flow and pressure.
Supplied from 4. The high voltage on sensitive wire 38 is delivered from source 86 . X from detector
The line output data is processed by the digital analyzer 40.
Approximately 1,500 separate channels are stored therein, each corresponding to the location of the wire 38.
The detector and analyzer thus detect incoming X-ray photons and record diffraction data as the angular position or address at which the diffracted photon enters the detector chamber and its number of incidences at each position. 20°
The analyzer records 1500 channels with a detector receiver having an angular range of (2 seaters), allowing the selection of an arc of approximately 0.8 minutes to identify the angle of incidence. The analyzer for immediate analysis has a video terminal 88 that illustrates the data stored in the analyzer.
connected to. Furthermore, the raw data is sent to a computer 90. The computer records and outputs parameters such as angular position, peak intensity magnitude, peak area and half-width, and other desired parameters, such as peak fitting and data reduction procedures,
Programmed with smoothing and background-suppression algorithms. The output of the computer is the video terminal 9.
2 and recorded on the plotter 94 or printed on the printer 95. Diffraction data in which the intensity of the X-ray diffraction lines is expressed as a function of diffraction angle as in FIG. 15 constitutes the final data output of the diffractometer of the apparatus of the present invention. The detector and control and reading device are
It is commercially available. The use of the detector and the analysis of the results are known. For information on detector-counter tubes and appropriate electrical circuit components, see N.Broll, M.
Henna, W. Krantz, Siemens Corporation
Application Note, 57, Sept. 1980, Cherry
Hill, N.J., and Analytical Applications
Notes No.271from Innovative Technology,
Inc., South Hamilton, MA. As shown in FIGS. 2-4, the sample 20 and pan 22 are placed in a sample holder 96 mounted within the enclosure block 24, which is preferably made of metal, such as aluminum. This block provides a protective chamber and temperature controlled environment for the calorimeter. Although not shown in the drawings, this block is also provided with ancillary equipment for circulating liquid for cooling or heating purposes. The interior of the room is made gas-tight by a cover 48. Sample pan 22 is placed on thermally conductive sample holder 96 (FIG. 4) of block 24.
The holder is supported by a center column attached to a holder support disk 99, and a resistance heating element 100 and a resistance temperature -
It has a sensitive element 102. These elements are connected by leads to electronic control and sensing circuitry shown in FIG. Also located within block 24 is a control or comparison holder device (generally designated 96') for supporting any calorimetric comparison sample (not shown) placed in control pan 22'. In the known operation of a common type of differential scanning calorimeter, the same "average" power is applied to both heating elements 100 and 100' to determine the temperature of the sample and the reference material and the thermal behavior of the sample is analyzed. Control gradually and continuously over a temperature range. 2 heat measuring elements 10
The temperature indicated by 2,102' is measured throughout all scans by a control system which acts to maintain equilibrium by providing the required amount of power to the heating elements. If the sample is endothermic, the control system provides large differential power to the sample to equilibrate the sample and reference temperatures. For exothermic reactions, apply a small differential power to the sample. The magnitude of this differential power is the magnitude of the physical or chemical process. The values indicated by the instrument operations described herein are one of the principal parameters or outputs of the apparatus of the present invention. The control system (FIG. 9) uses an internal electrical circuit (FIG. 9) to direct the programmer 104 (with attached temperature recorder 106) to whether the test temperature condition is heating, cooling, isothermal, or a combination of these operations. (not shown) must be adjusted in advance. A programmer with a computer 108 that manages the temperature averaging network controls an amplifier 110 that provides main (or average) power to the sample and control. Differential power is provided by a second amplifier 112 and measured by a recorder 114. As shown, the electrical circuit consists of control loops for average temperature and for differential power. Solid state digital control systems are commercially available. Its use and analysis of results are known. For further details, see E. S. Watson et al., Analytical Chemistyr, 36,
1233-8 (1964) and U.S. Pat. Nos. 3,263,484 and 3,732,722. Recorders 106 and 114 (FIG. 9) are
Connected at the terminals and plotted at 115 (FIG. 11), a chart showing the change in differential power as a function of temperature is displayed. Such a DSC curve (shown in FIG. 12a) is the final output data of the calorimeter section of the apparatus of the present invention. A major feature of the present invention is that these calorimeter data are accurately correlated with X-ray diffraction data simultaneously obtained by a diffractometer. Insight into both the structural and thermodynamic properties of the sample is therefore possible. The X-ray diffraction unit shown in Figure 1 above is
It uses a Guinier diffraction system arrangement,
It is equipped with a Huber curved focusing crystal monochromator. On the Guinier system, sample 20
is located at a certain point around the 41st focal circle of the refractometer,
The detectors 36 are located at different points on the circumference. The x-ray beam 32 is focused through the sample, but is not sharply focused onto the sample. The focus is on the third point 1 of the 41st circle
It is 16. The actual reason is that the main beam ends up being unfocused due to the cessation of the X-rays. The X-rays 34 diffracted by the sample reach the true focus at a point around the circle 41 of the detector 36. this
For information on the Guinier device and its significance, please see HE
Advances in X-Ray Analysis by Go¨bel,
25, p. 315-324 (1982) and TGFawcett et al., Ioc.cit., 26, p. 171-180 (1982). The Guniner configuration, although preferred, is not essential to the invention. FIG. 8 shows another system, the Bragg-Brentano system. In this system, the x-rays 28 have their own focal circle 4
It is generated by a source 26 at one point in one revolution. The sample is placed at its center 120 instead of being located at the circumference.
Located in The sample is either at the reflection 21 or through 23 position. X-rays diffracted from the sample are measured by a detector at points on the circumference of the focal circle 41. This system also
Advances in X-Ray by Go¨bell
Analysis, 22, p. 255-265 (1979). Yet another arrangement which is satisfactory in the present invention is the Debye-Scherrer arrangement described in U.S. Pat.
It's from camera. As the X-ray configuration, either a wide-angle or narrow-angle configuration, ie, a Shatton configuration, is suitable. Monochromatic focal sources are preferred. High resolution systems are useful. Another diffractometer and DSC arrangement is shown in FIG.
In this case the X-ray beam passes vertically towards the bottom of the sample holder. Such an arrangement provides improved DSC sensitivity due to improved thermal contact and improved X-ray sensitivity due to placing more samples directly in the x-ray beam. The arrangement of FIG. 10 provides simultaneous x-ray and calorimetry measurements using an enclosure block 24 placed horizontally on a desk. The x-ray beam 32 is vertical upwards, entering the entrance window at the bottom of the block and exiting through the exit window at the top of the block. Then diffraction X-ray 34
is emitted from the exit window to the detector 36. The sample holder and holder column have, for example, a hollow center section for X-ray transmission. The sample is placed in a dish made of X-ray transparent material (not shown)
can be placed in While many diffractometer configurations are possible with the present invention, there are also many different sample and sample enclosure arrangements for the x-ray beam. For example, the arrangement according to FIG. 10 utilizes a Bragg-Brento arrangement (FIG. 8) as the diffractometer arrangement instead of the Guinier transmission arrangement (see FIG. 1). Debye−Scherrer
The placement is also suitable. In general, all arrangements are available in which the sample can be impinged with an X-ray beam and the diffracted X-rays can be measured by a position-sensitive detector. The simultaneous measurement of X-ray patterns and calorimetric data according to the present invention is used to advantage in studying phase transitions during the combination reaction of solid or semi-solid samples with gases. Such studies are particularly valuable in investigating oxidative and reductive changes in complex metal oxide compositions used as heterogeneous catalysts. For this purpose, the 11th
The arrangement shown in the figure is used. The sample is placed in a sample block 24 with an inlet 144 for introducing gas and an outlet 146 for releasing gas. The sample block is equipped with a cover, and contact with the gas inside the enclosure takes place through these inlets and outlets. Surrounding block 24 is positioned so that x-rays 32 impinge on the sample. Diffraction lines 34, 34'
is accepted by detector 36 and its production
Line data is PSPC electronic module 39 (7th
The data is stored in the multi-channel analyzer (detailed in the Figure) and displayed on terminal 88 as previously described. The calorimetric signal from the enclosure obtained by scanning the temperature of the sample over the range to be studied is received by the DSC electronic control unit 113 (detailed in FIG. 9) and displayed on the recorder 115. For research purposes, a reactive gas such as hydrogen or compressed gas from cylinder 130 or cylinder 131 may be used.
and a carrier gas such as nitrogen from another cylinder 132 are used. Gas is flowed through purification and pressure regulation unit 134. The gases merge in the mixing chamber 142 and then enter the inlet section 1.
44 into the sample block 24 and comes into contact with the research sample. The gaseous reaction products are
Via the outlet 146, a switch valve 139 leads to a flow meter 138 or a gas analyzer. Structural and chemical changes that occur in the sample during the scan are further identified and quantified by the gas analyzer 141 display by comparing the x-ray diffraction pattern and the calorimetric signal. The thermal analysis device forming part of the apparatus of the present invention has been described as a power-corrected differential scanning calorimeter (DSC). This DSC is Perkin-Elmer
Model DSC-2 (US Patent No. 3263484 and
No. 3732722) and is publicly known. Although this one is suitable for the present purpose, other types of differential scanning calorimeters known in the literature can also be used.
For example, commercially available DuPont DSC, Mettler
DSC-20 and Setaram Model DSC.
Additionally, other thermal analysis units that are not strictly calorimeters are also useful. For example, Mettler Model TA10
and a differential thermal analyzer (DTA) such as the DuPont DTA. As mentioned above, the present invention can be applied to any individual DSC.
Nor is it limited to DTA. It is only necessary that the analyzer has a device for controlling the temperature of the sample to be studied and a detection device for measuring and recording parameters indicating the thermodynamic behavior of the sample as it changes. "Thermodynamic properties" are a broad range of calorimetric properties of a sample that can be measured using a DSC or DTA instrument. For DSC, this generally means measuring enthalpy change or specific heat capacity. Also for DTA, this generally means the qualitative or semi-quantitative measurement of exothermic and endothermic events as a function of some temperature of the study sample. The method of operation of the apparatus of the present invention, which is believed to be largely obvious from the foregoing, will be described in further detail below. The apparatus and method are useful for simultaneously measuring thermodynamic and structural properties of materials. Single crystal solids, polycrystalline solids, inorganic substances, drugs, organic substances, and mixed substances, or lumps or powders,
It is advantageous for studying solid or semi-solid plastics in film form as well as liquid plastics and the like. In operation, the sample 20 is first placed in the sample holder 96. At the same time, the control sample is also placed in the control dish 2 in the control sample holder 96'.
Put it in 2'. This sample holder device 18
provides at the same time to hold the sample in place relative to the X-ray diffractometer and to constitute a calorific chamber for thermal analysis. The sample holder containing the sample and control sample is carefully adjusted and mounted so that the sample is in the X-ray beam path at a point in the focal circle of the X-ray diffraction unit. The control and readout circuits for both the diffractometer and calorimeter are then prepared. Further preparations are made if the gas atmosphere is to be circulated into the sample chamber. Controls are then programmed to heat the sample and reference material to the measurement temperature range, and the heating rate is also preset. Once all preparations are complete, use the X-ray diffractometer and calorimeter. Scanning is then automatically started. The diffractometer reading indicates that the X diffracted from the sample
Measure and record the angle and intensity of the line. (These are the magnitudes of the angular positions of the diffraction peaks). This recording is displayed by a plotter 94 whose intensity is shown as a function of the diffraction angle. This plot is repeated at predetermined time intervals. The same data is visible on video terminal 88 for immediate monitoring by the operator. At the same time, the scanning calorimeter measures and records both the temperature of the sample at each time during the scan and the differential power if necessary to equilibrate the sample and reference temperatures. This record is displayed as a chart by recorder 115 with differential power shown as a function of temperature. The temperature line is also checked hourly. If desired, this data can be viewed visually on the terminal. The scan continues until a predetermined end temperature is reached, at which point the measurement ends. To analyze the results, the analytical operator compares the diffraction and calorimetric data. Time marks in the data confirm simultaneous events. Therefore, if the calorimeter data indicates a thermal event when a certain temperature is reached in the scan, then
The corresponding diffraction data will show what changes have occurred in the diffraction pattern at the same time. The analyst examines the diffraction patterns and compares them to standard reference patterns known in the literature as identifying numerous crystalline samples. This comparison identifies the phases involved in the change and the nature of the change. With the device of the present invention, diffraction spectra and thermal events are rapidly detected and recorded, so that
The entire scan over a percentage of Thus, the analyst can detect rapid crystallographic events such as the appearance and disappearance of transient phases with short-lived spans that could not be captured by prior art methods. Furthermore, analysts have tested complex mixtures and found that only 2
It is also possible to detect and identify continuous phase changes in individual components that occur within temperatures of ~3°C. It is also possible to investigate chemical interactions of mixtures in multicomponent mixtures. Moreover, with the apparatus and method of the present invention, thermal structural changes, molecular orientation, crystallization, deformation stress, and deformation as a function of temperature can all be measured in a single experiment with precise temperature control and rapid analysis. can. In prior art methods, these measurements were not possible or such indications were overlooked or misinterpreted. A further advantage of the present invention is that it can be operated upon again when a thermal event or phase change occurs at a temperature and is observed in the first span, but not all details of the event are known. That is, when the temperature of interest is approached, the temperature increase can be stopped or its rate can be made very small and another scan can be started using the same sample or a new sample. This requires only simple control circuit adjustments, so that the temperature rise can be stopped or its rate changed mid-scan if a change is clearly needed. By performing X-ray and thermal measurements over a wide range while holding or gradually increasing the temperature, scientists can capture critical details that would otherwise be undetectable with rapid spans. The ability to perform interaction analyzes that are mechanical in that test parameters can be adjusted during testing allows for the identification and characterization of previously unresolved or unknown structural and thermal relationships. It became possible to The method of the invention is particularly useful when passing a reactant gas through the sample to be analyzed. The scan can be interrupted at any time so that the thermal and structural changes caused by the reaction with the gas can be measured in detail while the changes are taking place. Although the above description is based on the temperature scanning heating the sample, it is equally possible in the present invention to scan the temperature down. Measurements can be started with increasing temperature and further cooling occurs naturally or at a rapid rate. Artificial cooling can be applied to investigate the range below room temperature. The device can operate from temperatures as low as liquid nitrogen to temperatures of 600 degrees Celsius or more. EXAMPLE 1 The use or operation of the present invention is further illustrated in the following example. X-ray diffractometer (XRD) 17 (Figures 1 and 7)
In Figure), the incident X-ray beam 28 was generated by a Phillips generator providing a Cu X-ray line source.
A Guinier diffraction system with a Huber curved focal germanium crystal monochromator was used to separate CuX〓 1 radiation from CuK〓 2 and CuK〓 3 radiation. Generated incident beam 3 focused on the sample
2 was monochromatic (wavelength = 1.5406 Å). A Braun curved position-sensitive proportional counter tube was used as the detection tube. This detector, having a voltage supply 86 and a multichannel spectrometer 40, simultaneously collected diffracted X-rays over approximately 20 degrees (2θ). 0 to 70° by moving the detector to various positions around the column
The operating angle of 2θ was adjusted to a range that could be touched. Differential scanning calorimeter (DSC) is Perkin-Elmer
DSC-2 was used. Sample holder device 18
was made from the DSC-2 oven. The X-ray inlet and outlet were made by drilling holes in the aluminum block and covering them with 0.1 mm thick Mylar film to seal them. Sample 20, typically about 20 mg, was placed in 0.02 mm aluminum foil and placed in sample holder 96. Holes were punched in the foil to provide a full beam if the x-ray intensity was otherwise insufficient. The operating parameters of the X-ray machine were as follows. X-ray source Cu line source, long and sharp focus. Current: 20mA Voltage: 40KV PSPC gas: 90% argon, 10% methane Gas pressure: 11~12bar Gas flow rate: 1.0cc/hr PSPC voltage: 4.0~4.4KV The multi-channel analyzer 40 receives continuously measured diffraction data generated via a video terminal. collected. After collection, the X-ray data file was transferred via a commercially available computer interface 87 to the hard disk of a PDP-11/34 computer for storage and analysis. After the test is finished,
The patterns were processed in a known manner by inputting them into peak fitting and data reduction means to obtain parameters such as peak position, area, half-width, etc. (JW
Advance in X-Ray Analysis by Edmonds et al.
22, p. 143 (1979)). Migration time was approximately 30 seconds for a 1200 point data file. The DSC in operation of this device was scanned at a preset speed. Normally 20℃/min
~1.25°C/min. X-ray diffraction patterns were assembled at the desired temperature along the scan with an acquisition time of less than 5 minutes per pattern. Example 2 In a demonstration test, a sample of polyethylene was heated until it melted (Figures 12A and 12B).
Cooled to room temperature (Figures 13A and 13B)
figure). This cycle was performed at 2.5°/min, and X-ray diffraction data were taken at 2 minute intervals. Correlation between caloric and structural data indicates the crystallinity of the sample as a function of temperature and caloric behavior. Example 3 In another example, DSC/XRD was used to investigate the interconversion of two organic polymorphs. A representative rapid DSC scan of this compound is shown in Figure 14A. This compound was known to exhibit two polymorphic forms with melting points differing by 3-4°C. Previous laboratory analyzes of X-ray diffraction and differential scanning calorimetry, performed separately, have shown that quantification of polymorphs by these methods gives similar but not identical results. DSC/XRD to investigate measurement differences
We conducted simultaneous tests. Conventional microscopic measurements during the heating stage indicated that the low-temperature melting form ( ) would slowly transform into the high-temperature melting form ( ) during heating, but microscopy could not discern the difference between the two structures. Because I was unable to do so, I was unable to clearly understand the phenomenon. In order to investigate the state of deformation, a sample of the pure low-temperature melt form () was placed in the device and an XRD scan was taken. When the sample was heated slowly (1.25°C/min), a melting exotherm was first observed at the DSC altop at 145°C (Figure 14B). Then, while keeping the temperature constant for 3 minutes,
An XRD scan was taken (Figure 15). The sample was subjected to a cycle in which the temperature was gradually increased until the DSC indicated that the endothermic peak was reached, then held constant and another XRD scan was taken. At this point, further XRD scans were taken while keeping the sample temperature constant. Finally, the temperature was lowered to 100°C at a rate of 10°C/min, and further XRD scanning was performed. The total operation time required only 25 minutes. The data obtained from this operation is shown in FIG. Comparing the peaks in the diffraction spectra of the first scan at room temperature and the last scan at 100°C reveals that the () shape is transformed into ().
Furthermore, it can be seen that the two scans taken at the melting endothermic peak show a small ( )-shaped crystalline peak that remains superimposed on the background. Analysis of these peaks using a computer peak fit procedure indicates that the final conversion from one phase to the other during testing was approximately 88%. The implementation of the present invention allows for precise temperature control that allows X-ray diffraction detectors to measure interconversion of polymorphs. If the temperature is too high, both polymorphs melt without interconverting. Also, if the temperature is too low, both substances remain solid and do not convert. Interconversion will occur if the temperature is between 145-148°C. of interaction
The DSC data indicates to the experimenter the exact point of endothermic melting and potential interconversion. X-ray data is used to identify not only interconversion, but also the rate and termination of conversion. In short, DSC provides precise temperature control and indicates the onset of endotherms, while X-ray data identifies and measures the rate of polymorph interconversion. This is done in one experiment, one sample. These results demonstrate that quantification of polymorphs by conventional DSC was misinterpreted due to polymorphs melting and even interconverting during tests to match conventional DSC and XRD data. It shows. The apparatus and method of the present invention can be used to study the correlation between simultaneous structural (eg crystallographic) and thermodynamic changes in materials and to elucidate a variety of phenomena. In the plastics industry, the stress relief of the crystal lattice is tested during the quenching of thermoplastics such as molded polyethylene: the crystal size, structure and crystallinity are all measured here. Combined DSC/
The XRD test is shown below. This example is a simultaneous
This shows that DSC/XRD testing can provide information not available using either device alone. Example 4 DSC data for polymer analysis shows one endothermic peak at 185°C. However, X-ray data taken at the same time shows two structural events at the same temperature. One of the events is crystallization (heat generation) of a portion of the sample. Therefore, the device of the invention (DSC/XRD) shows that the observed DSC endotherm is actually a combination of a large endotherm and a small exotherm (i.e. two thermal events instead of one). . A phenomenon in which the precise temperature control of the instrument allows X-ray detection and measurement of two events at the same temperature, and the heat transfer at 185 °C is associated with two events of opposite heat flow (i.e. exotherm and endotherm) is being elucidated. Example 5 A multicomponent product containing a mixture of inorganics, organics and polymers was analyzed with the apparatus of the invention. Furthermore, tests were conducted under the same temperature, atmosphere heating time, and heating rate conditions as in conventional methods. The samples were rapidly heated and cooled in cycles from 23 to 300 °C. The total test time was 90 minutes.
DSC data shows three events. Conventional comparisons of the multicomponent product with standards for each of the materials that make up the product have only identified the glass transition of the polymer. Two other events, an exotherm and an endotherm, could not be identified by comparison with standards. DSC/XRD tests showed that the exotherm was due to crystallization of organic matter in the polymer matrix. The endothermic transfer was shown by X-ray diffraction data to be the dissolution of organics into the sample matrix. Dissolution of organics into the product was carried out at 70°C, which is below the melting point of pure organics. When the tests were performed at different acceleration rates or under different atmospheres, the exothermic and endothermic shifts shifted up to 40°C. Therefore, in order to identify the structural nature of heat transfer, it is necessary to be able to obtain both X-ray diffraction and calorimetric data simultaneously. Prior art devices have not been able to provide the same speed or temperature control as the device of the present invention. Furthermore, this test demonstrates how complex mixtures can be analyzed by the apparatus of the invention and how the chemical interactions between the components of the mixture (i.e. crystallization and dissolution in situ at a melting point of 70°C) ). Additionally, the present invention is critical because other tests have shown that impact strength is affected by the degree to which each component is mixed into the mixture. Example 6 A copper compound mixed with several copper compounds and additives for potential use in catalysts was analyzed using the DSC/XRD apparatus of the present invention.
The test usually consists of three parts; the first is careful preheating in a controlled atmosphere (N 2 or an oxidizing gas mixture), the second is reduction under a mixed H 2 /N 2 atmosphere, and the third is A catalyst regeneration program that includes oxidation and reduction. DSC/XRD equipment carefully controls temperature during all testing steps. In catalysis research, this temperature control prevents undesirable rapid exothermic reactions (such as those in the reduction of metal catalysts).
can be prevented. in the preheating stage
DSC/XRD equipment can accurately measure thermal decomposition by correlating DSC data with the measured X-ray diffraction pattern. Correlative data on multicomponent mixtures fix the thermal changes of substances and the degree and rate of that change. Catalysts generally consist of an active material, a multicomponent substrate, and other materials such as a binder and a pellet lubricant. DSC in reduction test performed at constant temperature
The data shows the beginning and end of the reduction. This is important because the X-ray diffraction data is the result of large changes and is not sensitive to the small changes seen in the DSC data (ie, very late stages of initiation and termination of reduction). Typically, X-ray diffraction methods are sensitive to crystalline changes of 1% of the total weight. DSC data shows amorphous changes in substances and 1%
It is also possible to detect certain changes that do not exceed .
XRD data is used to determine that the material is being reduced. In the same manner as in Example 3, the reductive exotherm at high temperature was generated in one step.
Tests were conducted in which combinations of CuO, Cu 2 O and Cu salts were all reduced to Cu (metal) at the same time. Additionally, >50% of reducing (or oxidizing) substances are reduced (or oxidized) in less than 5 seconds.
Tests were also conducted. Thus, the speed of the apparatus of the present invention allows for the identification and reaction rates of thermal-structural materials that were previously impossible to identify or measure. The times and temperatures in all stages of the catalytic cycle (oxidation, reduction, regeneration) can be optimized using the present invention. For example, if a catalyst with a large surface area is desired, the apparatus of the present invention can be used to optimize the cycle described above to obtain the desired physical properties in a very short production time or in a very inexpensive manner. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明による組合せしたX線回折分
析計および示差走査熱量計の上面図であり、電子
コントロールおよび記録システムを省略したもの
である。図は、Haber−Guinierシステムの配置
による機器を示す。第2図は、サンプルの容器と
その取付けを示すために拡大した、第1図の機器
の中心部の部分的な側面図である。第3図は、第
2図のサンプル容器の内部を見えるようにした透
視図である。第4図は、第3図の4−4の線で切
断したサンプル容器の断面立面図であり、加熱お
よび感温エレメントを備えたサンプルホールダー
を示す。更にこの図はガスの入口および出口を示
している。第5図は、第1図に示すX線検出器と
して用いられる線状位置感応性比例計数管の断面
図である。第6a図および第6b図は、第5図の
計数管の代用として使用される湾曲位置感応性比
例計数管の断面図である。更にこの図はこれらの
タイプの検出器に関連する一般的な誤差を示す。
第7図は、本発明による機器のX線回折計の検出
器コントロールおよび記録システムを図示するブ
ロツクダイヤグラムである。第8図は、Bragg−
Bentanoシステムの配置を用いた別のX線回折計
の計画図である。第9図は、本発明の機器の他の
部分を形成する示差走査熱量計の電子感応性およ
びコントロールシステムのブロツクダイヤグラム
である。第10図は、X線ビームが垂直に上の方
に向けられている別の装置構成による立面図であ
る。第11図は、本発明による全装置のコントロ
ールおよび記録システムの関連を示すブロツクダ
イヤグラムであり、サンプル容器へガスを送給
し、その容器からの流出ガスを分析するためのシ
ステムを含んでいる。第12A図および第12B
図は、加熱サイクル時に本発明の装置によりつく
られた代表的なX線回折パターン(第12図B)
とそれに相当するDSC走査(第12図A)との
記録である。第13A図および第13B図は、冷
却サイクル時につくられたことを除いてそれぞれ
第12A図および第12図の記録と同じものであ
る。第14A〜C図は、多形体有機化合物の
DSC/XFDテスト前、テスト時、テスト後のそ
れぞれのDSC走査である。第15図は、低融点
から高融点への多形体の相互転換を示す、本発明
の装置によりつくられたX線回折パターンを示
す。 第5図はP.S.P.Cガス室を示す。第6A図は湾
曲したP.S.P.Cを示す。第6B図は湾曲したP.S.
P.Cを示す。第9図の左側は示差温度コントロー
ルループを示し、右側は平均温度コントロールル
ープを示す。第11図はDSC/XRDシステムを
示す。第12A図は加熱サイクル(25℃/分)で
ある。第13A図は冷却サイクル(2.5℃/分)
である。第14A図はオリジナルサンプルの急速
(20°/分)走査を示す。第14B図は内部作用実
験後のサンプルの急速(20°/分)走査を示す。
第14B図において、内部転換に使用された内部
作用DSC/XRD実験は及びを形成した、そ
の物質は継続的に加熱され、3分間等温に保持さ
れ、それからわずかに高温まで加熱され、3分間
保持された、このDSC走査に対応する唯一の選
択されたX線回折は第15図に示される。第15
図の説明、低部から上部へ、X線回折データは内
部作用DSC/XRD実験の間に得た。各データ走
査は位置感受検出に関する2つの細かいデータ収
集期間を表わす。特定な多形構造に独特な回折ピ
ークはおよびとして示される。は高溶融多
形を示し、そしては低融点外形を示す。
FIG. 1 is a top view of a combined X-ray diffraction analyzer and differential scanning calorimeter according to the present invention, with the electronic control and recording system omitted. The figure shows the equipment according to the arrangement of the Haber-Guinier system. FIG. 2 is a partial side view of the central portion of the device of FIG. 1, enlarged to show the sample container and its attachment; FIG. 3 is a perspective view showing the inside of the sample container of FIG. 2; FIG. 4 is a cross-sectional elevational view of the sample container taken along line 4--4 of FIG. 3, showing the sample holder with heating and temperature sensing elements. Additionally, the figure shows the gas inlet and outlet. FIG. 5 is a sectional view of the linear position-sensitive proportional counter used as the X-ray detector shown in FIG. 6a and 6b are cross-sectional views of a curved position sensitive proportional counter used as a replacement for the counter of FIG. Additionally, this figure shows the typical errors associated with these types of detectors.
FIG. 7 is a block diagram illustrating the detector control and recording system of an X-ray diffractometer of an instrument according to the present invention. Figure 8 shows Bragg-
FIG. 3 is a schematic diagram of another X-ray diffractometer using the Bentano system arrangement. FIG. 9 is a block diagram of a differential scanning calorimeter electronic sensitivity and control system forming another part of the instrument of the present invention. FIG. 10 is an elevational view of an alternative device configuration in which the x-ray beam is directed vertically upwards. FIG. 11 is a block diagram illustrating the relationship of the control and recording system of the entire apparatus according to the present invention, including the system for delivering gas to the sample container and analyzing the effluent gas from the container. Figures 12A and 12B
The figure shows a typical X-ray diffraction pattern (Figure 12B) created by the device of the present invention during a heating cycle.
and the corresponding DSC scan (Fig. 12A). Figures 13A and 13B are the same as the records in Figures 12A and 12, respectively, except that they were made during the cooling cycle. Figures 14A-C show polymorphic organic compounds.
These are the DSC scans before the DSC/XFD test, during the test, and after the test. FIG. 15 shows an X-ray diffraction pattern produced by the apparatus of the present invention showing the interconversion of polymorphs from low melting point to high melting point. Figure 5 shows the PSPC gas chamber. Figure 6A shows a curved PSPC. Figure 6B shows a curved PS.
Shows PC. The left side of FIG. 9 shows the differential temperature control loop, and the right side shows the average temperature control loop. Figure 11 shows the DSC/XRD system. Figure 12A is the heating cycle (25°C/min). Figure 13A is the cooling cycle (2.5℃/min)
It is. Figure 14A shows a rapid (20°/min) scan of the original sample. Figure 14B shows a rapid (20°/min) scan of the sample after the internal action experiment.
In Figure 14B, the internal action DSC/XRD experiment used for internal conversion formed and the material was heated continuously and held isothermally for 3 minutes, then heated to a slightly elevated temperature and held for 3 minutes. The only selected X-ray diffraction corresponding to this DSC scan is shown in FIG. 15th
Figure legend, from bottom to top, X-ray diffraction data were obtained during internal action DSC/XRD experiments. Each data scan represents two detailed data collection periods for position sensitive sensing. Diffraction peaks unique to a particular polymorphic structure are indicated as and. exhibits a high melting polymorphism, and exhibits a low melting point profile.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 X線ビーム源及び検出器を有するX線回折計
その回折計から発するX線のビームの通路に位置
した測定サンプル用の温度制御されたサンプルホ
ルダー装置、及び その測定サンプル用の熱分析計を含む物質の構
造的及び熱力学的性質を同時に測定する装置にお
いて、 前記検出器は位置感応性検出器であり、前記サ
ンプルホルダー装置はその測定サンプル及び対照
サンプルを受け入れるための少なくとも1個の収
容部及びその測定サンプルによるX線ビームの回
折用ホルダー装置に入り、そしてそのホルダー装
置から出るX線ビームを通すための入口と出口を
有し、X線透過性物質がその入口及び出口を被覆
し、そして前記熱分析器はサンプルの熱力学的性
質を決定するための示差走査熱量計又は示差熱分
析計であることを特徴とする装置。 2 サンプルホルダー装置は実質上ガス気密性収
容部を有し、そしてその開口を被覆するそのX線
透過性物質はベリリウム又はポリエチレンテレフ
タレートである特許請求の範囲第1項の装置。 3 前記測定サンプル及び対照サンプルの各々は
ホルダー内に位置し、そしてそのホルダーはそれ
ぞれ抵抗ヒーター及び温度センサーを有する特許
請求の範囲第1項又は第2項の装置。 4 前記ホルダーの各々はポスト上の前記収容部
内に取付けられており、そしてサンプルホルダー
中に含まれたサンプルと接触するガスを透過させ
る通路ガス収容部に設けられている特許請求の範
囲第3項の装置。 5 焦点単色ビームを提供するためにX線ビーム
の通路中に配置されているモノクロメーターを含
む特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかの装
置。 6 X線源がグイニア(Guinier)回折システム
および湾曲焦点結晶モノクロメーターを備えた線
源である特許請求の範囲第1項〜第5項いずれか
の装置。 7 位置感応性検出器が、焦点円上に位置し、そ
の測定サンプルはその焦点円に沿つた点に位置
し、かつ検出器が焦点円周に沿つて可動的にとり
つけられかつ多チヤンネル分析計に接続されてい
る、特許請求の範囲第1項〜第6項いずれかの装
置。 8 位置感応性検出器が焦点円上に位置し、その
測定サンプルが、焦点円の中心の一点に位置し、
かつ検出器が焦点円周に沿つてとりつけられかつ
多チヤンネル分析計に接続されている、特許請求
の範囲第1項〜第7項いずれかの装置。 9 X線ビーム源及び検出器を有するX線回折
計、その回折計のX線の通路に測定サンプル用の
温度制御されたサンプルセル、及びそのサンプル
セル中の測定サンプル用の熱分析計、 を含む物質の構造的及び熱力学的性質を同時に測
定する装置において、 前記検出器は位置感応性検出器であり、 設けられた閉鎖されたサンプルホルダーブロツ
クは測定サンプルホルダーブロツク及び対照サン
プルホルダー用の2つの収容部又は1個の共通の
収容部、そのサンプルセルへのそのX線ビーム用
の入口及びそのサンプルセルからのその測定サン
プルによつて回折されたX線ビーム用の出口及び
前記入口及び出口においてX線透明物質の入口及
び出口を有し、 前記1つ又は2つの収容部はコントロールされ
たガス雰囲気を提供するため、ガス供給装置に接
続しており、 示差走査熱量計又は示差熱分析計はその測定サ
ンプルホルダー及びその対照サンプルホルダーに
接続していることを特徴とする装置。
[Scope of Claims] 1. An X-ray diffractometer having an X-ray beam source and a detector; a temperature-controlled sample holder device for the measurement sample located in the path of the X-ray beam emanating from the diffractometer; and the measurement sample. In an apparatus for simultaneously measuring the structural and thermodynamic properties of a substance, including a thermal analyzer for the purpose of at least one receptacle and an inlet and an outlet for the passage of the X-ray beam into and out of the holder device for diffraction of the X-ray beam by the measurement sample, the X-ray transparent material at the inlet; and an outlet, and the thermal analyzer is a differential scanning calorimeter or a differential thermal analyzer for determining the thermodynamic properties of a sample. 2. The device of claim 1, wherein the sample holder device has a substantially gas-tight enclosure and the X-ray transparent material covering the opening is beryllium or polyethylene terephthalate. 3. The apparatus of claim 1 or 2, wherein each of the measurement sample and control sample is located in a holder, and the holder has a resistive heater and a temperature sensor, respectively. 4. Each of said holders is mounted within said receptacle on a post and is provided in a gas receptacle with a passageway permeable to gas contacting the sample contained in said sample holder. equipment. 5. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, including a monochromator placed in the path of the x-ray beam to provide a focused monochromatic beam. 6. The apparatus of any of claims 1 to 5, wherein the X-ray source is a source with a Guinier diffraction system and a curved focusing crystal monochromator. 7 a position-sensitive detector is located on the focal circle, the measurement sample is located at a point along the focal circle, and the detector is movably mounted along the focal circumference and the multichannel analyzer The device according to any one of claims 1 to 6, which is connected to the device. 8 a position-sensitive detector is located on the focal circle, the measurement sample is located at a point in the center of the focal circle;
8. The apparatus of claim 1, wherein the detector is mounted along the circumference of the focal point and is connected to a multichannel analyzer. 9 an X-ray diffractometer with an X-ray beam source and a detector, a temperature-controlled sample cell for the measurement sample in the X-ray path of the diffractometer, and a thermal analyzer for the measurement sample in the sample cell; In an apparatus for simultaneously measuring the structural and thermodynamic properties of a containing substance, said detector is a position-sensitive detector, and the provided closed sample holder block has two parts for a measurement sample holder block and a control sample holder. two receptacles or one common receptacle, an inlet for the X-ray beam to the sample cell and an outlet for the X-ray beam diffracted by the measurement sample from the sample cell and said inlet and outlet. having an inlet and an outlet for an X-ray transparent material in the chamber, said one or two chambers being connected to a gas supply to provide a controlled gas atmosphere, and said differential scanning calorimeter or differential thermal analyzer is connected to its measurement sample holder and its reference sample holder.
JP60069889A 1984-04-02 1985-04-02 Combination heat-quantity analyzer and x-ray diffractometer Granted JPS612050A (en)

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