91儀器信息網(wǎng)訊 聯(lián)用技術(shù)是近年來(lái)分析儀器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，許多常規(guī)的分析儀器如色譜、X射線衍射、各類(lèi)光譜儀等都已實(shí)現(xiàn)了與其他分析技術(shù)的聯(lián)用，熱分析儀當(dāng)然也不例外。4月20日，中國(guó)化學(xué)會(huì)第七屆全國(guó)熱分析動(dòng)力學(xué)與熱動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議于合肥召開(kāi)，借此機(jī)會(huì)，91儀器信息網(wǎng)編輯在會(huì)議前夕，采訪了會(huì)議組織委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)幾個(gè)問(wèn)題。

中國(guó)化學(xué)會(huì)第七屆全國(guó)熱分析動(dòng)力學(xué)與熱動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議組織委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心副主任、高級(jí)工程師丁延偉

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

丁延偉：2018年11月，成立會(huì)務(wù)組，正式啟動(dòng)會(huì)議的準(zhǔn)備工作;12月初，發(fā)出第一輪會(huì)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(cè)的參會(huì)代表375人，參會(huì)代表遍布除海南、西藏的全國(guó)各地。本次會(huì)議采取大會(huì)特邀報(bào)告、專題報(bào)告及討論、墻展、印刷大會(huì)論文摘要集等交流形式，以近年熱分析動(dòng)力學(xué)與熱動(dòng)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(jì)與分析技術(shù)方面的進(jìn)展，以及在無(wú)機(jī)、有機(jī)、高分子、新材料、生物醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用等方面展開(kāi)學(xué)術(shù)研討和交流。會(huì)議邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)從事熱分析動(dòng)力學(xué)和熱動(dòng)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(huì)議中，大會(huì)共邀請(qǐng)了12位專家學(xué)者進(jìn)行大會(huì)報(bào)告;在主題會(huì)場(chǎng)報(bào)告中，共有38個(gè)主題邀請(qǐng)報(bào)告，16個(gè)口頭報(bào)告。

4月19日下午，在會(huì)議開(kāi)始之前，還特別舉辦熱分析動(dòng)力學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的講習(xí)班。講習(xí)班邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)著名熱分析動(dòng)力學(xué)和熱動(dòng)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(guó)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(dòng)力學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)方法及應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題分析與研討。

會(huì)議期間還將展示一批國(guó)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(cè)試方法等資料?！段锢砘瘜W(xué)學(xué)報(bào)》也為本次會(huì)議特設(shè)?？l(fā)表關(guān)于熱分析動(dòng)力學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)的優(yōu)秀論文;此外本次會(huì)議的優(yōu)秀論文還將推薦給《化學(xué)物理學(xué)報(bào)》(英文版)，有望在《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》和《化學(xué)物理學(xué)報(bào)》(英文版)正常期刊上發(fā)表。

91儀器信息網(wǎng)：預(yù)祝本次會(huì)議圓滿成功。近年來(lái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的熱分析聯(lián)用儀器越來(lái)越受到用戶的青睞，請(qǐng)問(wèn)熱分析聯(lián)用技術(shù)有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)?當(dāng)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(lái)分析儀器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，熱分析儀器也不例外。早在兩千多年前，我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的楚國(guó)詩(shī)人、政治家屈原在《楚辭·卜居》中就已指出“尺有所短;寸有所長(zhǎng)。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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但我們也應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到它們自身也會(huì)存在著一定的不足，只有在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)每種分析技術(shù)揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，才可以達(dá)到事半功倍的效果。其實(shí)，在許多中文版本的文獻(xiàn)資料中，對(duì)聯(lián)用技術(shù)的描述通常使用“聯(lián)用”而不是“連用”來(lái)表述，這也充分表明聯(lián)用技術(shù)不是簡(jiǎn)單地將兩種或多種技術(shù)連接或拼接在一起，而是要在實(shí)際上有機(jī)地、合理地將其組合在一起。也就是說(shuō)，對(duì)于由多種技術(shù)的聯(lián)用儀而言，應(yīng)達(dá)到1+1+...+1 N的效果。

在熱分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由常規(guī)的熱分析可以得到研究對(duì)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、成分、形貌、物相等的變化信息。通過(guò)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(rèn)識(shí)過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理、動(dòng)力學(xué)信息。熱分析聯(lián)用技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可以概括為實(shí)時(shí)、全面、高效，但我們也應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到，對(duì)于一些高溫分解產(chǎn)生的氣體分析時(shí)在傳輸過(guò)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(huì)導(dǎo)致由紅外光譜、色譜和/或質(zhì)譜進(jìn)行氣體分析時(shí)丟失一部分氣體產(chǎn)物的信息。

當(dāng)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(shí)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(lèi)技術(shù)自身在分析時(shí)需要一定的時(shí)間，因此通常稱該類(lèi)技術(shù)為間歇式聯(lián)用技術(shù)。其實(shí)，這類(lèi)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(shuō)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(lái)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(guò)這些信息用來(lái)研究聚合物的形成過(guò)程、熱解機(jī)理、結(jié)構(gòu)等方面的信息。在高溫?zé)o機(jī)材料研究領(lǐng)域，可以用來(lái)研究前驅(qū)物以及生成物的信息，也可以用來(lái)研究熱分解機(jī)理以及動(dòng)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(huì)越來(lái)越廣泛。

91儀器信息網(wǎng)：熱分析檢測(cè)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，常見(jiàn)與熱分析聯(lián)用的儀器GC、MS、FTIR常常是單個(gè)樣品檢測(cè)的模式，請(qǐng)問(wèn)熱分析聯(lián)用儀的主要技術(shù)難點(diǎn)有哪些?各種解決方案的優(yōu)劣勢(shì)如何?

丁延偉：這是一個(gè)很好的問(wèn)題。與其他分析技術(shù)相比，熱分析技術(shù)可以連續(xù)地測(cè)量一個(gè)或多個(gè)過(guò)程的性質(zhì)的實(shí)時(shí)變化信息。由于性質(zhì)變化是一個(gè)與時(shí)間和溫度密切相關(guān)的過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熱分析本身需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間跨度從幾分鐘(或者更短)到幾小時(shí)、幾周甚至幾個(gè)月不等，因此一些熱分析技術(shù)配置了多個(gè)檢測(cè)通道以提高分析效率。對(duì)于常見(jiàn)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(gè)樣品檢測(cè)的模式。目前這類(lèi)熱分析聯(lián)用儀的主要技術(shù)難點(diǎn)在于連接裝置的設(shè)計(jì)上，主要難點(diǎn)在于溫度可控、可達(dá)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(jì)上傳輸管線的溫度應(yīng)可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整。例如，對(duì)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(duì)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(hào)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(xì)的毛細(xì)管，而高溫產(chǎn)物在傳輸管線中的冷凝現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象。一旦毛細(xì)管發(fā)生堵塞，則通常需要根據(jù)堵塞的位置來(lái)采用截短毛細(xì)管或者更換新的毛細(xì)管的方法來(lái)保持暢通?，F(xiàn)在一些型號(hào)的聯(lián)用儀采用較粗的管線，同時(shí)在氣體出口處連接一個(gè)功率較小的真空泵使氣流相對(duì)平穩(wěn)地向一個(gè)方向流動(dòng)的方法來(lái)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(jiān)固的金屬材質(zhì)，可以通過(guò)溶劑清洗、超聲清洗以及輔助加熱的方法來(lái)疏通。

91儀器信息網(wǎng)：?jiǎn)我坏臒岱治黾夹g(shù)和熱分析聯(lián)用技術(shù)，該如何正確認(rèn)識(shí)和選擇?面對(duì)市場(chǎng)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(jiǎn)單地將兩種或多種技術(shù)連接或拼接在一起，而是要在實(shí)際上要有機(jī)地、合理地將其組合在一起。也就是說(shuō)，對(duì)于由多種技術(shù)的聯(lián)用儀而言，通過(guò)其不僅僅可以達(dá)到1+1+...+1=N的效果，而且應(yīng)達(dá)到1+1+...+1 N的效果。當(dāng)然，對(duì)于一些不成功的聯(lián)用技術(shù)而言，優(yōu)勢(shì)達(dá)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(shì)。例如，德國(guó)耐馳公司的多級(jí)熱分析聯(lián)用儀可以實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)多段氣體的采集與分析功能。美國(guó)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(guò)八通閥的切換靈活地實(shí)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(duì)于實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)有限且實(shí)驗(yàn)室空間有限的用戶而言，這種配置可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

91儀器信息網(wǎng)：理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心配備的熱分析儀器主要有哪些類(lèi)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(guò)多年的工作積累，作為公共實(shí)驗(yàn)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(bǔ)償型)、微量差示掃描量熱儀、等溫微量量熱儀、靜態(tài)熱機(jī)械分析儀、動(dòng)態(tài)熱機(jī)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(tái)套，如果包括同步熱分析儀，熱分析聯(lián)用儀共9臺(tái)，占比大約三分之一。由這個(gè)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(gè)研究領(lǐng)域如無(wú)機(jī)、有機(jī)、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(shí)驗(yàn)中心和許多企業(yè)都建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。例如，2018年5月，理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心和珀金埃爾默公司共建實(shí)驗(yàn)室舉行了簽約、揭牌儀式。請(qǐng)問(wèn)該實(shí)驗(yàn)室中是否配備了相應(yīng)的熱分析聯(lián)用儀?以該共建試驗(yàn)室平臺(tái)為例，實(shí)驗(yàn)室的熱分析聯(lián)用儀器在中心的實(shí)際工作中發(fā)揮出哪些的作用?

丁延偉：我校理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心組建于1983年，前身為中國(guó)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(cè)試中心之一;中心于1994年4月首次通過(guò)國(guó)家計(jì)量認(rèn)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(guò)了國(guó)家級(jí)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定(計(jì)量認(rèn)證)復(fù)查換證評(píng)審。 中心現(xiàn)有員工45人，其中高級(jí)專業(yè)技術(shù)職稱21人。 中心現(xiàn)有無(wú)機(jī)物成分的定性定量分析、有機(jī)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(diǎn)陣、取向及精細(xì)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(cè)定、熱分析等各類(lèi)理化分析設(shè)備78臺(tái)套，儀器資產(chǎn)總計(jì)約2.4億元人民幣。

多年來(lái)，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(guó)賽默飛、美國(guó)珀金埃爾默公司、美國(guó)TA公司等6家儀器廠商簽訂了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室合作協(xié)議。去年5月，我中心和珀金埃爾默公司共建實(shí)驗(yàn)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(tái)(包括3臺(tái)同步熱分析儀)，其中有兩臺(tái)熱重/紅外光譜/氣質(zhì)聯(lián)用儀。實(shí)驗(yàn)室的熱分析聯(lián)用儀器在中心的實(shí)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(shí)，在對(duì)于每一個(gè)失重臺(tái)階進(jìn)行分析時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法解釋的現(xiàn)象，此時(shí)借助聯(lián)用儀可以很好地解釋每一個(gè)過(guò)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(qǐng)您談一下關(guān)于熱分析動(dòng)力學(xué)的一些問(wèn)題，許多人認(rèn)為由熱分析動(dòng)力學(xué)所得到的結(jié)果經(jīng)常與文獻(xiàn)中相差很大，因此許多人認(rèn)為動(dòng)力學(xué)的結(jié)果的可靠性不高，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題您怎么看?

丁延偉：很多人對(duì)于熱分析動(dòng)力學(xué)的心情是十分復(fù)雜的，可以說(shuō)對(duì)它又愛(ài)又恨。

熱分析動(dòng)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(dòng)力學(xué)過(guò)程的方法。通過(guò)熱分析動(dòng)力學(xué)分析，可以判斷反應(yīng)遵循的機(jī)理、得到反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)速率參數(shù)(反應(yīng)機(jī)理函數(shù)、活化能Ea 和指前因子A等，即動(dòng)力學(xué)“三聯(lián)體”。按照實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度變化方式，可以將熱分析動(dòng)力學(xué)方法分為等溫動(dòng)力學(xué)分析法和非等溫動(dòng)力學(xué)分析法;按照動(dòng)力學(xué)方程的形式，可以將熱分析動(dòng)力學(xué)方法分為微分動(dòng)力學(xué)分析法和積分動(dòng)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(dòng)力學(xué)方法分為單個(gè)掃描速率法和多重掃描速率法。

理論上，可以通過(guò)熱分析動(dòng)力學(xué)分析探討物理變化或化學(xué)反應(yīng)的機(jī)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(guò)程、金屬的相變和金屬玻璃的晶化過(guò)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(guò)動(dòng)力學(xué)分析可以得到供反應(yīng)器等設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及生產(chǎn)工藝控制等信息。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)建立起過(guò)程進(jìn)度、時(shí)間和溫度之間的關(guān)系，可用于預(yù)測(cè)材料的使用壽命和產(chǎn)品的保質(zhì)穩(wěn)定期，評(píng)估含能材料的危險(xiǎn)性，從而提供儲(chǔ)存條件。此外可估計(jì)造成環(huán)境污染物質(zhì)的分解情況，有利于環(huán)境保護(hù)。然而，由于在確定動(dòng)力學(xué)方程時(shí)通常會(huì)采用基于不同的假設(shè)的模型來(lái)進(jìn)行處理，在選擇合適的模型方面會(huì)使許多初學(xué)者感到無(wú)所適從。另外，由于熱分析動(dòng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在與文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比時(shí)需要注意實(shí)驗(yàn)條件的差異。另外，由于不同的制樣方法和樣品前處理?xiàng)l件對(duì)熱分析曲線也有影響，由此也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)之間存在差異?？傊?，在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，必須充分考慮影響熱分析曲線的各種因素。