經(jīng)過兩年時間的多次修改,新版國標(biāo) GB/T 6425—2008《熱分析術(shù)語》已于2008年8月由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社正式出版?,F(xiàn)將該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要點(diǎn)與主要創(chuàng)新點(diǎn)概述如下。
新版國標(biāo)主要變化和尚需說明之處(要點(diǎn)):
1.熱分析總定義
新版國標(biāo)將熱分析定義為“在程序控溫(和一定氣氛)下,測量物質(zhì)的某種物理性質(zhì)與溫度或時間關(guān)系的一類技術(shù)?!迸c原國標(biāo)GB/T 6425—1986 的定義“在程序溫度下, 測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度的關(guān)系的一類技術(shù)”相比,增添了“氣氛”和“時間”因素。這種變化是基于如下考慮:
(1)熱分析的測定結(jié)果是非平衡值,即與實(shí)驗(yàn)條件(如氣氛等因素)密切相關(guān);
(2)熱分析實(shí)驗(yàn)概括起來有兩種基本類型:與溫度有關(guān)的掃描型(temperature瞫canning mode),這是原國標(biāo)已經(jīng)強(qiáng)調(diào)的;與時間有關(guān)的等溫型(isothermal mode),這是新版國標(biāo)增補(bǔ)的;
(3)在原國標(biāo)總定義中將被測對象稱之為“物質(zhì)”具有較強(qiáng)的概括性,新版國標(biāo)仍予以保留。新版國標(biāo)注意了“物質(zhì)”(substance)、“樣品”(sample)和“試樣”(specimen)的區(qū)別,在具體方法中稱“試樣”,如差熱分析定義為:“在程序控溫和一定氣氛下,測量試樣和參比物溫度差與溫度或時間關(guān)系的技術(shù)?!?/p>
新版國標(biāo)對熱分析總定義和具體方法的定義更加注重對實(shí)驗(yàn)的考慮。
2.兩種類型DSC及其所測物理量
新版國標(biāo)將heat瞗lux DSC稱“熱通量DSC”,不再沿用原國標(biāo)“熱流型DSC”的叫法, 測量的是heat flow rate(熱流速率);功率補(bǔ)償DSC (power瞔ompensation DSC) 測量的是heating power(加熱功率)。按熱力學(xué)要求,DSC曲線的縱坐標(biāo),向上為正,表示吸熱。
3.溫度調(diào)制式差示掃描量熱法的簡稱
目前,溫度調(diào)制式差示掃描量熱法(modulated瞭emperature differential scanning calorimetry)的簡稱尚不統(tǒng)一,有MDSC、TMDSC等,新版國標(biāo)將這種方法簡稱為MTDSC,這將有助于這種方法簡稱的統(tǒng)一。
4.同時聯(lián)用技術(shù)與串接聯(lián)用技術(shù)的符號表示
TG睤SC/FTIR,TG睤SC/MS,同時聯(lián)用技術(shù)在兩種技術(shù)之間采用半字線“病繃接,而串接聯(lián)用技術(shù),用斜線“/”連接,以便強(qiáng)調(diào)后一種方法與前一種方法在時間上的前后關(guān)系。
5.關(guān)于sample (樣品)、specimen (試樣) 和specimens (試樣和參比物)
新版國標(biāo)將specimens稱“試樣和參比物”或“試樣-參比物”,原國標(biāo)稱“樣品”。實(shí)際上,“樣品”是另有定義的,ISO11358將其定義為:“sample: A small part or portion of a bulk material or batch of products intended to be representative of the whole. ”(樣品:可代表整個材料或產(chǎn)品的一小部分批料。)
6.試樣質(zhì)量
新版國標(biāo)將試樣的用量稱“試樣質(zhì)量”(mass of the specimen或specimen mass),不稱 “試樣重量”(specimen weight),因?yàn)椤百|(zhì)量”和“重量”是兩個不同的概念。
7.熱分析曲線TA curve
根據(jù)國際熱分析協(xié)會名詞委員會的有關(guān)規(guī)定,新版國標(biāo)將熱分析的記錄稱“熱分析曲線”,如DSC曲線、TG曲線、TMA曲線和DMA曲線等,不稱“熱譜”(thermogram)、“熱譜曲線”(thermogram curve)。
8.玻璃化(glass transition)
在不特別強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)變過程時,新版國標(biāo)將其稱“玻璃化”,可不稱“玻璃化轉(zhuǎn)變”,因?yàn)樵谝欢ㄒ饬x上“化”與“轉(zhuǎn)變”是重復(fù)的。
9.“熱流”和 “熱流量”
新版國標(biāo)中,heat flow指過程稱“熱流”;指物理量(DSC曲線的縱坐標(biāo))稱“熱流量”,相當(dāng)于“熱流速率”。
10.動力學(xué)三參量(kinetic triplet)
新版國標(biāo)將kinetic triplet 稱“動力學(xué)三參量”,不再沿用習(xí)稱的一種叫法 “動力學(xué)三聯(lián)體”。
新版國標(biāo)具有如下特征(創(chuàng)新點(diǎn)):
1.具有一定的原創(chuàng)性
新版國標(biāo)不是復(fù)制某一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 、ICTAC等)或國家(如ASTM,JIS等)標(biāo)準(zhǔn),而是參考數(shù)十種現(xiàn)行的國際上通用的標(biāo)準(zhǔn),加以綜合,并結(jié)合熱分析的發(fā)展現(xiàn)狀和中國的具體國情,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余個單位)制訂的。
2.充分反映熱分析的新進(jìn)展
原國標(biāo)面臨嚴(yán)重缺失和老化,新版國標(biāo)進(jìn)行了大幅度修改和增補(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、純度測定、非等溫動力學(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;熱重法的叫法,仍可使用普遍稱呼的熱重分析等;反映了20余年來熱分析技術(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。
3.科學(xué)定義熱分析新技術(shù)
新版國標(biāo)對熱分析領(lǐng)域的一些新技術(shù)給出了科學(xué)定義。例如,MTDSC雖已提出十余年,但至今并無完整的定義,新版國標(biāo)按其原理,對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。定義為:“在溫度程序上疊加一個正弦或其他形式的溫度程序,形成熱流速率和溫度信號的非線性調(diào)制的差示掃描量熱法。這種方法可將熱流速率即時分解成可逆的熱容成分(如玻璃化、熔化)和不可逆的動力學(xué)成分(如固化、揮發(fā)、分解)?!痹摱x得到廣泛認(rèn)同。
4.確定較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男g(shù)語
新版國標(biāo)對有爭議的熱分析術(shù)語,經(jīng)過嚴(yán)格的分析、評述,給出了較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕蟹?。例如,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)分析并根據(jù)ISO的最新規(guī)定,新版國標(biāo)將熱通量DSC(heat flux DSC)和功率補(bǔ)償DSC(power composition DSC)所測的物理量分別稱為“熱流速率”和“加熱功率”;針對熱流速率C和加熱功率吸放熱方向現(xiàn)行一些表達(dá)方式上的不一致,新版國標(biāo)基于熱力學(xué)的要求,也給予明確說明和規(guī)定。
5.重新表述某些熱分析術(shù)語及其定義
例如,目前世界上,對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)行新版國標(biāo)宣貫時,我們指出此種表達(dá)是不合適的,上述符號是方法的簡稱,而非物理量,正確的表達(dá)應(yīng)當(dāng)是dQ/dt、Δm、Δl(或ΔV )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”不確切,對物理量下定義時的一個基本原則就是不能有單位介入。為此,新版國標(biāo)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”。
6.是制訂中國各種熱分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)
如目前著手制訂的玻璃化溫度、結(jié)晶和熔融溫度、比定壓熱容測定等熱分析方法國家標(biāo)準(zhǔn),均遵照該項(xiàng)新版國標(biāo)規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容。
熱分析技術(shù)與應(yīng)用日新月異、層出不窮,某些新技術(shù)在新版國標(biāo)并未得到反映,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,另外,該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程還會發(fā)現(xiàn)一些不足,這些均有待今后進(jìn)一步完善。
劉振海:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,130022