91儀器信息網(wǎng)訊 聯(lián)用技術(shù)是近年來分析儀器的一個發(fā)展趨勢，許多常規(guī)的分析儀器如色譜、X射線衍射、各類光譜儀等都已實現(xiàn)了與其他分析技術(shù)的聯(lián)用，熱分析儀當然也不例外。4月20日，中國化學(xué)會第七屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議于合肥召開，借此機會，91儀器信息網(wǎng)編輯在會議前夕，采訪了會議組織委員會秘書長、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實驗中心副主任丁延偉，談?wù)劥蠹谊P(guān)心的熱分析聯(lián)用技術(shù)、熱分析動力學(xué)幾個問題。

中國化學(xué)會第七屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議會議組織委員會秘書長

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實驗中心副主任、高級工程師丁延偉

91儀器信息網(wǎng)：由中國化學(xué)會主辦，中國化學(xué)會化學(xué)熱力學(xué)與熱分析專業(yè)委員會和貴校承辦的中國化學(xué)會第七屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)交流會即將舉行，您能簡要地介紹一下這次會議的情況嗎?

丁延偉：2018年11月，成立會務(wù)組，正式啟動會議的準備工作;12月初，發(fā)出第一輪會議通知;2019年2月底，發(fā)出第二輪通知;本周一，發(fā)出第三輪通知。目前共有已注冊的參會代表375人，參會代表遍布除海南、西藏的全國各地。本次會議采取大會特邀報告、專題報告及討論、墻展、印刷大會論文摘要集等交流形式，以近年熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)以及熱分析和量熱領(lǐng)域的主要研究成果為主題，涵蓋理論研究、新儀器設(shè)計與分析技術(shù)方面的進展，以及在無機、有機、高分子、新材料、生物醫(yī)藥等各個領(lǐng)域中的應(yīng)用等方面展開學(xué)術(shù)研討和交流。會議邀請了國內(nèi)從事熱分析動力學(xué)和熱動力學(xué)及熱化學(xué)領(lǐng)域的著名專家、中青年學(xué)者和儀器生產(chǎn)廠商參加學(xué)術(shù)交流和技術(shù)探討。

在4月20-21日的會議中，大會共邀請了12位專家學(xué)者進行大會報告;在主題會場報告中，共有38個主題邀請報告，16個口頭報告。

4月19日下午，在會議開始之前，還特別舉辦熱分析動力學(xué)和熱動力學(xué)應(yīng)用的講習(xí)班。講習(xí)班邀請國內(nèi)著名熱分析動力學(xué)和熱動力學(xué)研究人員參與。講習(xí)班由西北大學(xué)高勝利教授、河北師范大學(xué)張建軍教授和德國耐馳儀器公司和瑞士梅特勒公司的專業(yè)技術(shù)支持主講，主要內(nèi)容包括熱分析動力學(xué)和熱動力學(xué)方法及應(yīng)用中的常見問題分析與研討。

會議期間還將展示一批國內(nèi)外最新熱分析儀器及相關(guān)產(chǎn)品，提供大量的最新技術(shù)、最新測試方法等資料?！段锢砘瘜W(xué)學(xué)報》也為本次會議特設(shè)?？?，發(fā)表關(guān)于熱分析動力學(xué)和熱動力學(xué)的優(yōu)秀論文;此外本次會議的優(yōu)秀論文還將推薦給《化學(xué)物理學(xué)報》(英文版)，有望在《物理化學(xué)學(xué)報》和《化學(xué)物理學(xué)報》(英文版)正常期刊上發(fā)表。

91儀器信息網(wǎng)：預(yù)祝本次會議圓滿成功。近年來，優(yōu)勢互補的熱分析聯(lián)用儀器越來越受到用戶的青睞，請問熱分析聯(lián)用技術(shù)有哪些特點和優(yōu)勢?當前應(yīng)用最為廣泛的熱分析聯(lián)用技術(shù)有哪些? 在不同的材料領(lǐng)域應(yīng)用如何?

丁延偉：聯(lián)用技術(shù)是近年來分析儀器的一個發(fā)展趨勢，熱分析儀器也不例外。早在兩千多年前，我國戰(zhàn)國時期的楚國詩人、政治家屈原在《楚辭·卜居》中就已指出“尺有所短;寸有所長。物有所不足;智有所不明”。這告訴我們每種分析技術(shù)均有其獨特的優(yōu)勢，但我們也應(yīng)清醒地認識到它們自身也會存在著一定的不足，只有在實際應(yīng)用中對每種分析技術(shù)揚長避短，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，才可以達到事半功倍的效果。其實，在許多中文版本的文獻資料中，對聯(lián)用技術(shù)的描述通常使用“聯(lián)用”而不是“連用”來表述，這也充分表明聯(lián)用技術(shù)不是簡單地將兩種或多種技術(shù)連接或拼接在一起，而是要在實際上有機地、合理地將其組合在一起。也就是說，對于由多種技術(shù)的聯(lián)用儀而言，應(yīng)達到1+1+...+1 N的效果。

在熱分析實驗過程中，由常規(guī)的熱分析可以得到研究對象在一定的氣氛和程序控制溫度下由于其結(jié)構(gòu)、成分變化而引起的質(zhì)量、熱效應(yīng)、尺寸等性質(zhì)的變化信息。通過將熱分析技術(shù)與常規(guī)的分析技術(shù)聯(lián)用，如紅外光譜技術(shù)、質(zhì)譜、色譜、顯微技術(shù)、拉曼光譜、X射線衍射等，可以得到在物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生發(fā)生變化的過程中產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、成分、形貌、物相等的變化信息。通過這些信息，可以使我們了解到物質(zhì)在一定的氣氛和程序控制溫度下所發(fā)生的各種變化的更深層次信息，更深刻地認識過程中的反應(yīng)機理、動力學(xué)信息。熱分析聯(lián)用技術(shù)的特點和優(yōu)勢可以概括為實時、全面、高效，但我們也應(yīng)清醒地認識到，對于一些高溫分解產(chǎn)生的氣體分析時在傳輸過程中的冷凝現(xiàn)象的影響，一些高溫產(chǎn)物在傳輸管線中的冷凝會導(dǎo)致由紅外光譜、色譜和/或質(zhì)譜進行氣體分析時丟失一部分氣體產(chǎn)物的信息。

當前應(yīng)用最為廣泛的熱分析聯(lián)用技術(shù)主要有：(1)熱重-差熱分析、熱重-差示掃描量熱法以及顯微熱分析等，這屬于同時聯(lián)用的范疇;(2)熱分析與紅外光譜技術(shù)、質(zhì)譜的聯(lián)用，這屬于串接式聯(lián)用的范疇;(3)熱分析與氣相色譜等技術(shù)的聯(lián)用，由于與熱分析聯(lián)用的這類技術(shù)自身在分析時需要一定的時間，因此通常稱該類技術(shù)為間歇式聯(lián)用技術(shù)。其實，這類技術(shù)也屬于串接式聯(lián)用的范疇。

熱分析聯(lián)用儀的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可以概括地說在凡是與材料相關(guān)的研究領(lǐng)域中都有不同程度的應(yīng)用。例如，在聚合物領(lǐng)域中，可以用來研究材料在不同溫度下氣體產(chǎn)物的濃度變化信息，可以通過這些信息用來研究聚合物的形成過程、熱解機理、結(jié)構(gòu)等方面的信息。在高溫無機材料研究領(lǐng)域，可以用來研究前驅(qū)物以及生成物的信息，也可以用來研究熱分解機理以及動力學(xué)相關(guān)的信息。隨著熱分析聯(lián)用技術(shù)的日益成熟，我們有充分的理由相信，熱分析聯(lián)用儀的應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣泛。

91儀器信息網(wǎng)：熱分析檢測是一個連續(xù)的過程，常見與熱分析聯(lián)用的儀器GC、MS、FTIR常常是單個樣品檢測的模式，請問熱分析聯(lián)用儀的主要技術(shù)難點有哪些?各種解決方案的優(yōu)劣勢如何?

丁延偉：這是一個很好的問題。與其他分析技術(shù)相比，熱分析技術(shù)可以連續(xù)地測量一個或多個過程的性質(zhì)的實時變化信息。由于性質(zhì)變化是一個與時間和溫度密切相關(guān)的過程，在實驗過程中熱分析本身需要耗費相當長的時間，時間跨度從幾分鐘(或者更短)到幾小時、幾周甚至幾個月不等，因此一些熱分析技術(shù)配置了多個檢測通道以提高分析效率。對于常見的與熱分析聯(lián)用的儀器如GC、MS、FTIR等，從節(jié)約成本的角度考慮通常采用單個樣品檢測的模式。目前這類熱分析聯(lián)用儀的主要技術(shù)難點在于連接裝置的設(shè)計上，主要難點在于溫度可控、可達到的最高溫度和防止氣體的渦流現(xiàn)象。由于不同產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性差別較大，在設(shè)計上傳輸管線的溫度應(yīng)可以根據(jù)實際需要來進行調(diào)整。例如，對于一些穩(wěn)定性較差的產(chǎn)物應(yīng)選擇較低的傳輸管線的溫度，而對于一些易冷凝的氣體產(chǎn)物，則應(yīng)選擇較高的傳輸管線的溫度。一些型號的聯(lián)用儀為了避免氣體產(chǎn)物在管線中的渦流現(xiàn)象，通常采用直徑較細的毛細管，而高溫產(chǎn)物在傳輸管線中的冷凝現(xiàn)象經(jīng)常會導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象。一旦毛細管發(fā)生堵塞，則通常需要根據(jù)堵塞的位置來采用截短毛細管或者更換新的毛細管的方法來保持暢通?，F(xiàn)在一些型號的聯(lián)用儀采用較粗的管線，同時在氣體出口處連接一個功率較小的真空泵使氣流相對平穩(wěn)地向一個方向流動的方法來避免氣體在管線中的渦流現(xiàn)象。較粗的管線可以較好地避免堵塞現(xiàn)象。一旦發(fā)生堵塞，由于管線大多為較為堅固的金屬材質(zhì)，可以通過溶劑清洗、超聲清洗以及輔助加熱的方法來疏通。

91儀器信息網(wǎng)：單一的熱分析技術(shù)和熱分析聯(lián)用技術(shù)，該如何正確認識和選擇?面對市場上眾多的商品化熱分析聯(lián)用儀，又如何選擇?

丁延偉：聯(lián)用技術(shù)不是簡單地將兩種或多種技術(shù)連接或拼接在一起，而是要在實際上要有機地、合理地將其組合在一起。也就是說，對于由多種技術(shù)的聯(lián)用儀而言，通過其不僅僅可以達到1+1+...+1=N的效果，而且應(yīng)達到1+1+...+1 N的效果。當然，對于一些不成功的聯(lián)用技術(shù)而言，優(yōu)勢達到的效果可能為1+1+...+1 N。

大多數(shù)熱分析廠商均有商品化的聯(lián)用儀，每家廠商的聯(lián)用技術(shù)各有優(yōu)勢。例如，德國耐馳公司的多級熱分析聯(lián)用儀可以實現(xiàn)熱分析儀與紅外光譜儀、質(zhì)譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀的聯(lián)用儀，可以實現(xiàn)紅外光譜儀與質(zhì)譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀串接式聯(lián)用和并聯(lián)式聯(lián)用的連接形式。瑞士梅特勒公司的熱分析/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用儀可以實現(xiàn)多段氣體的采集與分析功能。美國珀金埃爾默公司的熱分析/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用儀可以通過八通閥的切換靈活地實現(xiàn)在線分析(即熱分析/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用模式)和分離模式分析(即熱分析/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用)，對于實驗室經(jīng)費有限且實驗室空間有限的用戶而言，這種配置可以實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

91儀器信息網(wǎng)：理化科學(xué)實驗中心配備的熱分析儀器主要有哪些類型?熱分析聯(lián)用儀器占比有多少?在日常工作中，主要應(yīng)用在哪些科研領(lǐng)域?

丁延偉：經(jīng)過多年的工作積累，作為公共實驗中心，我中心熱分析與吸附組在用的廣義上的熱分析儀器主要包括熱重儀、熱重-差熱分析儀、熱重-差示掃描量熱儀、常規(guī)的差示掃描量熱儀(熱流型和功率補償型)、微量差示掃描量熱儀、等溫微量量熱儀、靜態(tài)熱機械分析儀、動態(tài)熱機械分析儀、熱膨脹儀、導(dǎo)熱儀、流變儀、熱重/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用儀、熱重-差示掃描量熱儀/質(zhì)譜聯(lián)用儀共28臺套，如果包括同步熱分析儀，熱分析聯(lián)用儀共9臺，占比大約三分之一。由這個數(shù)據(jù)也可以看出熱分析聯(lián)用技術(shù)的重要性。我們組的熱分析應(yīng)用領(lǐng)域主要與我校各學(xué)院的研究方向密切相關(guān)，在與材料相關(guān)的各個研究領(lǐng)域如無機、有機、高分子、復(fù)合材料、金屬材料以及其他材料中都有著較為廣泛的應(yīng)用。

91儀器信息網(wǎng)：理化科學(xué)實驗中心和許多企業(yè)都建立了聯(lián)合實驗室。例如，2018年5月，理化科學(xué)實驗中心和珀金埃爾默公司共建實驗室舉行了簽約、揭牌儀式。請問該實驗室中是否配備了相應(yīng)的熱分析聯(lián)用儀?以該共建試驗室平臺為例，實驗室的熱分析聯(lián)用儀器在中心的實際工作中發(fā)揮出哪些的作用?

丁延偉：我校理化科學(xué)實驗中心組建于1983年，前身為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)結(jié)構(gòu)成分分析中心，是首批建成的高?，F(xiàn)代分析測試中心之一;中心于1994年4月首次通過國家計量認證，并于1999年4月、2006年2月、2009年9月、2012年10月和2016年6月分別通過了國家級檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定(計量認證)復(fù)查換證評審。 中心現(xiàn)有員工45人，其中高級專業(yè)技術(shù)職稱21人。 中心現(xiàn)有無機物成分的定性定量分析、有機物成分定性定量及其結(jié)構(gòu)、物理性能分析、物相及相變分析、晶體點陣、取向及精細結(jié)構(gòu)分析、固體表面形貌、濃度及膜厚度分析、元素化學(xué)態(tài)的測定、熱分析等各類理化分析設(shè)備78臺套，儀器資產(chǎn)總計約2.4億元人民幣。

多年來，我中心與大多數(shù)儀器廠商保持著良好的合作關(guān)系。為了使我中心的儀器設(shè)備充分發(fā)揮其功能，廠家的技術(shù)支持是必不可少的。距今為止，我中心已于美國賽默飛、美國珀金埃爾默公司、美國TA公司等6家儀器廠商簽訂了聯(lián)合實驗室合作協(xié)議。去年5月，我中心和珀金埃爾默公司共建實驗室舉行了簽約、揭牌儀式。迄今為止我中心共有該公司的熱分析聯(lián)用儀5臺(包括3臺同步熱分析儀)，其中有兩臺熱重/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用儀。實驗室的熱分析聯(lián)用儀器在中心的實際工作中發(fā)揮著十分重要的作用。例如，在分析由單一的熱重曲線時，在對于每一個失重臺階進行分析時，有時會出現(xiàn)無法解釋的現(xiàn)象，此時借助聯(lián)用儀可以很好地解釋每一個過程中的結(jié)構(gòu)變化和產(chǎn)物的信息。

91儀器信息網(wǎng)：下面想請您談一下關(guān)于熱分析動力學(xué)的一些問題，許多人認為由熱分析動力學(xué)所得到的結(jié)果經(jīng)常與文獻中相差很大，因此許多人認為動力學(xué)的結(jié)果的可靠性不高，對于這個問題您怎么看?

丁延偉：很多人對于熱分析動力學(xué)的心情是十分復(fù)雜的，可以說對它又愛又恨。

熱分析動力學(xué)是用熱分析技術(shù)研究某種物理變化或化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)過程的方法。通過熱分析動力學(xué)分析，可以判斷反應(yīng)遵循的機理、得到反應(yīng)的動力學(xué)速率參數(shù)(反應(yīng)機理函數(shù)、活化能Ea 和指前因子A等，即動力學(xué)“三聯(lián)體”。按照實驗過程中的溫度變化方式，可以將熱分析動力學(xué)方法分為等溫動力學(xué)分析法和非等溫動力學(xué)分析法;按照動力學(xué)方程的形式，可以將熱分析動力學(xué)方法分為微分動力學(xué)分析法和積分動力學(xué)分析法;按照溫度掃描速率的變化方式，可以將熱分析動力學(xué)方法分為單個掃描速率法和多重掃描速率法。

理論上，可以通過熱分析動力學(xué)分析探討物理變化或化學(xué)反應(yīng)的機理和反應(yīng)速率(尤其是非均相、非等溫)化合物的脫水、分解、降解(如氧化降解)和配合物的解離過程、金屬的相變和金屬玻璃的晶化過程、石油的高溫裂解和煤的熱裂解、高聚物的聚合、固化、結(jié)晶、分解等、確定材料的使用壽命和熱穩(wěn)定性。

在生產(chǎn)上，通過動力學(xué)分析可以得到供反應(yīng)器等設(shè)備的設(shè)計參數(shù)，以及生產(chǎn)工藝控制等信息。在實際應(yīng)用中，可以通過建立起過程進度、時間和溫度之間的關(guān)系，可用于預(yù)測材料的使用壽命和產(chǎn)品的保質(zhì)穩(wěn)定期，評估含能材料的危險性，從而提供儲存條件。此外可估計造成環(huán)境污染物質(zhì)的分解情況，有利于環(huán)境保護。然而，由于在確定動力學(xué)方程時通常會采用基于不同的假設(shè)的模型來進行處理，在選擇合適的模型方面會使許多初學(xué)者感到無所適從。另外，由于熱分析動力學(xué)參數(shù)是基于所得到的熱分析曲線所得到的，所得到的實驗數(shù)據(jù)在與文獻進行對比時需要注意實驗條件的差異。另外，由于不同的制樣方法和樣品前處理條件對熱分析曲線也有影響，由此也會導(dǎo)致動力學(xué)數(shù)據(jù)之間存在差異?？傊谶M行動力學(xué)分析時，必須充分考慮影響熱分析曲線的各種因素。