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近日,珠海航展正如火如荼,殲-35A等新型號戰機輪番登場;中科熱儀不造大飛機,我們就在大灣區的對岸深圳參加第九屆中國分析儀器學術大會--聚焦下一代分析儀器,專注于小小的儀器世界,期待將這個領域的課題理清楚。上一期我們談到了量熱和熱分析的聯系與區別,這一次我們將深入量熱的世界,探討一下微量熱的基本特征。
Micro-Calorimeter/Calorimetry,這個micro指的是什么呢?微量熱儀,“微"在何處?
再一次……ICTAC沒有給出特別明確的微量熱定義,但是好在這個問題相對單純,不似熱分析和量熱的關系那般紛繁復雜。
量熱學是一門實驗科學,所以談到Calorimetry,就必然要談到Calorimeter;離開儀器和裝置,對分析方法的討論將只能是空中樓閣。
因此,首先我們對市場上常見的冠以“微"量熱儀的產品做一個大致歸納:
•以中科熱儀DMC系列為例的三維(卡爾維式)微量熱儀;
•以MIC-90為例的多通道微量熱儀(水泥水化熱測試的基準測試儀器);
•等溫滴定量熱儀(ITC);
•檢測限達到納瓦級的DSC(通常用于蛋白穩定性研究)。
有些人說定義微量熱的是樣品使用量,比如ITC類微量熱和某些型號的檢測限達到納瓦級的DSC,其樣品用量都很小,是微升/微克級的。但是,與此同時,對于卡爾維式量熱儀及多通道等溫型微量熱儀,其樣品容積可以到數毫升甚至數十毫升,因此樣品使用量不應該是定義微量熱儀的充分條件。
有些人說可以根據傳感器類型判斷--使用帕爾貼作為熱流傳感器的就是微量熱儀,但很多卡爾維式微量熱儀使用的是基于熱電偶陣列的熱流傳感器;還有人說是根據量熱原理--功率補償式應該是微量熱的主要特征,但其實很大一部分微量熱儀的量熱原理是熱流式的。
如果遍歷各類微量熱儀的參數指標并做對比分析,可以發現,上述各類被稱為“微"量熱儀的靈敏度/檢測限(談到“靈敏度"這個指標,又引出了一個可以展開討論的話題,我們將在今后聚焦這個概念進行深入討論,這里我們暫且將其認為是儀器能夠有效探測的最小信號的熱流/能量級別)都在μW(微瓦)級別甚至更低,俗稱“測得到"微瓦級別的熱量變化,這應該是某型儀器能被冠以“微"量熱稱號的最為重要的條件和根據。

作為對比,其他類型的量熱儀,如ARC,氧彈量熱儀,大部分反應量熱儀,甚至大多數常規DSC等,其熱流檢測限通常在mW甚至W級,而在市場上也基本沒有將這些儀器稱為“微"量熱的情況出現。另外一個需要特別指出的例子是,某些使用卡爾維原理的量熱儀,尤其是高溫型(使用溫度>1000℃)的卡爾維原理的量熱儀,雖然其熱流傳感器也是基于熱電堆結構的三維形式,但受制于材料所限,檢測限達不到μW級,因此通常也并不被稱為微量熱儀。
因此,通過對市場上現有大部分主流商品化儀器的特點進行歸納與演繹,我們基本可以確定:熱流檢測限達到微瓦級別,應該是微量熱儀的“微"之所在。
下面,我們對各類常見的微量熱儀做了一個大致歸納,并以常規DSC作為對照,希望能夠讓大家對各種量熱儀的理解和選擇有所幫助。

見微知著,中科熱儀也希望通過我們的“微"量熱儀,對我國科研及制造業起到切實的支撐作用。
浣溪沙·甲辰初冬
蘆華飄渺頻遠行。紅楓滿山留余興。時令更迭又入冬。
銀霜遍灑收翠影,蕭蕭朔風助寒生。永懷初心待梅情。
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