熱分析在材料科學(xué)、藥物、礦物等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,隨著科學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)條件的改善,這種方法逐漸成為通用的物質(zhì)表征手段。熱分析術(shù)語是進(jìn)行熱分析學(xué)術(shù)交流的基礎(chǔ)。
原國(guó)標(biāo)GB6425—1986在統(tǒng)一熱分析術(shù)語方面起了積極的作用,但20余年過去了,在期間熱分析技術(shù)與應(yīng)用有了很大的進(jìn)展。由我所負(fù)責(zé)起草修訂的新版國(guó)標(biāo)已于2008年8月由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社正式出版。
新版國(guó)標(biāo)不是復(fù)制某一項(xiàng)國(guó)際(如 ISO 、ICTAC等)或國(guó)家(如 ASTM,JIS等)標(biāo)準(zhǔn),而是參考數(shù)十種現(xiàn)行的國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn),加以綜合,并結(jié)合熱分析的發(fā)展現(xiàn)狀和我國(guó)的具體國(guó)情,在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上(包括科研單位、高校、產(chǎn)業(yè)部門等50余個(gè)單位),而制訂的。
現(xiàn)行國(guó)標(biāo)面臨嚴(yán)重缺失和老化,新版國(guó)標(biāo)對(duì)原國(guó)標(biāo)進(jìn)行了大幅度地修改和增補(bǔ),增加了一些熱分析術(shù)語,如:有關(guān)校準(zhǔn)、狀態(tài)調(diào)節(jié)、熱分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)志,以及應(yīng)用(熱焓松弛、比定壓熱容、氧化誘導(dǎo)期和氧化誘導(dǎo)溫度、相圖、純度測(cè)定、非等溫動(dòng)力學(xué)等)方面的內(nèi)容。充分考慮了熱分析發(fā)展的現(xiàn)狀,如對(duì)差示掃描量熱法的定義涵蓋了并存的熱通量型和功率補(bǔ)償型兩種類型;熱重法的稱謂,仍可使用普遍稱呼的熱重分析等;反映了20余年熱分析技術(shù)的最新發(fā)展, 增補(bǔ)了近年出現(xiàn)的一些新的熱分析方法,如:溫度調(diào)制式差示掃描量熱法(MTDSC)、控制速率熱分析、微區(qū)熱分析、光照差示掃描量熱法等。
對(duì)熱分析的新技術(shù)給出了科學(xué)定義。如對(duì)MTDSC雖已提出十余年,但至今并無完整的定義,我們按其原理,和各大儀器公司推出的不同形式的調(diào)制方式進(jìn)行了概括,具有較大的包容性。將其定義為:“在溫度程序上疊加一個(gè)正弦或其他形式的溫度程序,形成熱流速率和溫度信號(hào)的非線性調(diào)制的差示掃描量熱法。這種方法可將熱流速率即時(shí)分解成可逆的熱容成分(如玻璃化、熔化)和不可逆的動(dòng)力學(xué)成分(如固化、揮發(fā)、分解)。”該定義得到廣泛認(rèn)同。
對(duì)有爭(zhēng)議和說法紛紜的熱分析術(shù)語,經(jīng)過嚴(yán)格的分析、評(píng)述,給出了較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆Q謂。如DSC是在高分子材料科學(xué)、藥物等領(lǐng)域應(yīng)用甚廣的一種熱分析術(shù)語,此種方法所測(cè)物理量有多種說法,如能量差(difference in energy)、熱通量(heat flux)、熱流量(heat flow)、熱流速率(heat flow rate)、熱流速率差(difference in heat flow rate)、功率(power)、加熱功率(heating power,thermal power)、加熱功率差 (thermal power difference)等。經(jīng)分析我們分別將熱通量型DSC(heat flux DSC)和功率補(bǔ)償DSC(power composition DSC)所測(cè)的物理量分別稱“熱流速率”和“加熱功率”,對(duì)它們的吸放熱方向現(xiàn)行方法不一致,我們基于熱力學(xué)的要求,也給予明確說明和規(guī)定。
對(duì)某些熱分析術(shù)語定義及其表達(dá)做了重新表述。諸如:目前世界上,對(duì)熱分析曲線的縱坐標(biāo)有以DSC、TG、TMA等形式表達(dá)的。在進(jìn)行新版國(guó)標(biāo)宣貫時(shí),我們指出此種表達(dá)是不合適的,上述符號(hào)是方法的簡(jiǎn)稱,而非物理量,正確的表達(dá)應(yīng)當(dāng)是dQ/dt、△m、△l(或△V )等。再如,ISO 11357-4將比定壓熱容定義為:“quantity of heat necessary to raise the temperature of unit mass of material by 1 K at constant pressure.”(在恒定的壓力下,單位質(zhì)量的材料升高1K所需要的熱量。) 這里的所謂“升高1K”我們認(rèn)為也是不確切的,對(duì)物理量下定義時(shí)的一個(gè)基本原則就是不能有單位介入。為此,我們將比定壓熱容定義為“在恒定的壓力下,單位質(zhì)量的樣品單位溫升所需要的熱量” 。
新版國(guó)標(biāo)是制訂我國(guó)各種熱分析標(biāo)準(zhǔn)的最基本的文件和基礎(chǔ)。如目前著手制訂的玻璃化溫度、結(jié)晶和熔融溫度、比定壓熱容測(cè)定等熱分析方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),均遵照該項(xiàng)新版國(guó)標(biāo)規(guī)定的若干條款。
新版國(guó)標(biāo)曾在第十四屆全國(guó)熱分析研討會(huì)和華東地區(qū)熱分析研討會(huì)做過宣講,得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)同。
新的熱分析技術(shù)與應(yīng)用日新月異、層出不窮,諸如隨機(jī)多頻溫度調(diào)制DSC和超快速薄膜納諾量熱儀等,新版國(guó)標(biāo)并未予以反映;加之該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程還會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的一些不足。這些均有待在今后的宣貫過程加以補(bǔ)充說明和彌補(bǔ)。