红外热重分析

根据某知名安防市场调研报告，至2019年全球红外热成像市场将达到8亿美元，在此之前，该市场的复合增长率将达到惊人的14%，远高于视频监控的复合增长率预期，尤以亚太地区的增长势头最猛。毫无疑问，红外热成像技术蕴藏了巨大的市场需求，但是根据调研报告，全球视频监控市场在2014年即达到约140亿美元，同期红外热成像市场还不足其市场的2%，从数据分析可以看到，红外热成像技术还远未得到安防市场的充分认可，市场应用前景可期。在中国乃至全球，红外热成像产业面临的挑战都很相似，这需要相关企业共同解决。首先，如何建立并加深客户对红外热成像技术的认知度，如何让客户真正了解其相较于普通视频监控技术的优势。对此，很多厂商已经在产品推广、客户培训方面加大投入。其次，原有红外厂商仅销售红外热成像摄像机并不能让客户满意，必须推出基于红外热成像技术的整体解决方案，在红外热成像摄像机中增加智能分析和功能，提高红外热成像的系统效率，扩大应用范围，真正解决客户的痛点。 红外热成像技术未来的发展随着MEMS技术的不断突破，红外探测器必然向着更小尺寸、更大分辨率、更低功耗的趋势发展，热成像探测器成本的降低，使得红外热成像技术在安防行业的广泛应用成为可能。而采用非制冷焦平面阵列探测器的红外热成像摄像机未来必将大量应用于智能安防监控中，并将在智能分析、多光谱图像融合等技术方面取得较大进展。未来5~10年间，红外热成像技术将成为与可见光摄像技术相匹敌的热门产业，二者优势互补，真正实现多光谱全天候视频监控，将安防视频监控行业推向新的高度。 本文来自仪器仪表商情网

热分析报告有经验的红外热像师们基本都会在巡检过后，对红外图片进行后续的复查分析处理，那么强大的报告解决方案就可以简化您的检测工作和突出显示关键维修任务。热像仪性能提升和热像仪内部图像增强，如FLIR专属MSX技术，有助于热像师立即确定问题的准确位置。然而，即使是经验最丰富的检测者也常常需要事后调整图像。01FLIR Thermal Studio Pro套件FLIR Thermal Studio是目前先进的红外图像分析和报告软件，可管理数以千计的红外图像和红外视频。FLIR Thermal Studio专为使用手持式热像仪、无人机系统(UAS)和光学气体成像(OGI)仪的热像师而设计，提供自动和先进的数据处理功能，可显著简化工作流程并提高生产率。FLIR Thermal Studio的自动报告设计和合成功能，使用户能轻松地向同事和客户提供专业的报告。作为一款独立的Windows应用程序，FLIR Thermal Studio可提供20多种语言选择，并且支持众多现有FLIR热像仪产生的图像和视频。借助该软件，红外图像就像可见光图像一样易于编辑，用户可以把更多时间投入现场作业，减少在办公桌前处理图像和视频的时间。02随拍随存，节省时间使用FLIR Thermal Studio Pro的FLIR Route Creator插件预规划检测工作，有助于您快速完成每一项任务。仅需创建一条路线，将文件导出至运行FLIR Inspection Route的Exx系列或T系列等红外热像仪，便可在整个站点移动过程中随时保存图像。预定义路线将引导您在现场移动到每处检测资产，自动收集和组织保存的图像可以无缝导入FLIR Thermal Studio Pro。03自动匹配，简化报告FLIR Thermal Studio Pro能简化检测报告并支持编辑历史数据功能，以实现随着时间推移可靠地监测资产。从FLIR Route Creator导入红外图像和可见光图像能自动将其与检测清单上的项目相匹配，使您能快速识别有故障的设备以获取维修建议。高级处理工具，如批量图像编辑、热视频增强和自定义报告模板，使FLIR Thermal Studio Pro成为一款功能强大的工具，在短时间内便可创建精致的报告。FLIR Thermal Studio Pro套件让热像师们的检测工作更加简便快捷同时也赋予了现场检查的“纠错”能力让您可以在事后修改现场红外图像的误差极大提高了热像检查的准确率

p style="text-indent: 2em "国际热分析及量热学联合会（ICTAC-International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry）对热分析的定义为：热分析仪是在程序控温和一定气氛下测量材料的物理性质（主要包括质量、热量、尺寸、电学性质、光学性质、磁学性质等）随温度或时间连续变化关系的一大类仪器。/pp style="text-indent: 2em "热分析的定义明确指出，只有在程序温度下测量的温度与物理量之间的关系才被归为热分析技术。因此，热分析仪最基本的要求是能实现程序升降温。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong热重分析仪/strong/pp style="text-indent: 2em "热重仪（Thermogravimeter），是一种利用热重法检测物质温度-质量变化关系的仪器。span style="text-indent: 0em "主要测试样品的重量或者重量百分比随着温度的升高、降低或等温过程的连续变化情况。通常而言，这类测试都会在一定的动态气体氛围中进行，比如高纯氮气或者高纯氧气等环境中。/span/pp style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(31, 73, 125) "strongPerkinElmer富有特色的热重分析仪TGA 8000/strong/span/pp style="text-indent: 2em "TGA 8000采用全新优化的炉体结构，有效范围覆盖了从-20℃至1200℃的温度区间，大幅拓宽了样品的测试温度区间。br//pp style="text-indent: 2em "加固型双向缠绕铂合金加热丝可在0.1℃/min至500℃/min范围内任意调节线性升温速率，以满足不同的应用需求。/pp style="text-indent: 2em "此外，进一步降低的炉体质量配合强制风冷技术可使炉体温度瞬间从高温区间降低至载样温度区间，从而大幅提高样品测试的通量。/pp style="text-indent: 2em "TGA 8000对样品测试气氛进行了全方位的升级，测试平台集成了高精度气体质量流量控制模块，可分别对天平气路和样品气路进行精准控制。br//pp style="text-indent: 2em "通过使用Pyris™ 控制软件，可便捷可靠地调控气体类型和流速大小。/pp style="text-indent: 2em "气体混合模块（选配）允许至多三路气体按照比例预先进行混合，随后通入到样品仓中，可拓展研究气体浓度对样品重量变化影响等。br//pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/d83887ca-0472-41d9-955f-1e8738eb9bd1.jpg" title="PerkinElmer TGA 8000 热重分析仪.jpg" alt="PerkinElmer TGA 8000 热重分析仪.jpg"//pp style="text-align: center "strongPerkinElmer TGA 8000 热重分析仪/strongbr//pp style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(31, 73, 125) "strongTGA 8000的研究测试领域包括：/strong/spanbr//pp style="text-indent: 0em "· 样品的裂解温度和热稳定性测试/pp style="text-indent: 0em "· 混合物中各组分的定性和定量测试/pp style="text-indent: 0em "· 样品中水分/溶剂的逸出、定性定量测试/pp style="text-indent: 0em "· 气固反应动力学或分解动力学的研究以及模型建立/pp style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(31, 73, 125) "strong典型的应用领域有材料、食品和能源领域。/strong/spanbr//pp style="text-indent: 0em "strong材料研究/strongbr//pp style="text-indent: 2em "热重分析仪用于复合材料中不同组分的定量分析。复合材料中不同组分的含量往往会影响材料的性能及寿命，PerkinElmer热重分析仪可以实现高分辨率等温模式（AutoStepwise）。这种方法能够对一系列连续的分解事件有更好的分辨性，应用于分离成份复杂、多成分的物质，例如橡胶，树脂，合金及工程塑料等。/pp style="text-indent: 0em "strong食品行业/strong/pp style="text-indent: 2em "热重分析仪用于食品中不同组分的定量分析。食品在加工制造过程中会加入多种添加剂及辅料，其含量会影响食品的口感及存储时间。同样可以采用高分辨率等温模式（AutoStepwise）来分离复杂的食品组分，例如口香糖，烟草。/pp style="text-indent: 0em "strong能源行业/strong/pp style="text-indent: 2em "热重分析仪用于在用润滑油中的积碳分析。柴油机中燃料燃烧不充分会产生碳灰，进入润滑油后会造成润滑油粘度增大，加速机器的损耗。根据ASTM D5967方法，可使用热重分析仪作为润滑油中积碳的日常检测手段，并结合自动进样器，实现快速，准确，可重复的积碳定量分析。/ppbr//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong拓展应用：热重/红外光谱/（气相色谱/质谱联用）联用仪/strong/pp style="text-indent: 2em "热重/红外光谱/（气相色谱/质谱联用）联用仪主要用于研究材料随着温度变化时，由于分解等引起质量减少而产生的气体的种类和含量的信息，是一种常用的联用技术。/pp style="text-indent: 2em "众所周知，联用分析技术对不同原理仪器的兼容性和同步性提出了非常高的要求，PerkinElmer公司作为一家综合型仪器制造商具备研发生产联用所需所有仪器和传输管线的能力，在软硬件的兼容性、联用仪器的售后维护以及技术支持等方面实力深厚。相比之下，绝大多数热分析仪器供应商需要依靠第三方的介入来完成联用平台的搭建工作。PerkinElmer可以根据用户需求在软件与硬件上都提供订制服务。/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 32px "PerkinElmer公司所提供的TGA-GC/MS先进联用分析技术目前已被美国环境保护署认定为研究纳米碳管溶剂残留的首选测试平台。br//span/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/86a18502-30d1-46dc-9d89-885e9fd0996d.jpg" title="PerkinElmer TG-IR-GCMS TGA8000 热分析联用仪.png" alt="PerkinElmer TG-IR-GCMS TGA8000 热分析联用仪.png"//pp style="text-align: center "strongPerkinElmer TG-IR-GCMS TGA8000 热分析联用仪/strongbr//pp style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(31, 73, 125) "strongTGA 8000的联用拓展特点/strong/spanbr//pp style="text-align: left text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "TGA 8000区别于市面上绝大多数品牌热重分析仪的最大特点在于其联用拓展性能，该款仪器在研发定型之初就已经将联用测试的属性深深烙印在其基因当中，该款仪器可以轻松与FTIR、MS、GC/MS等设备进行联合使用，充分且深入地研究各类材料性能，以满足使用者不断提高的测试要求。/span细节方面，TGA 8000采用模块化结构的联用接口技术，方便联用模式的快速转换。全新加入的导向阀技术（divert valve）和逸出气体嗅探器（sniffer）均引入了加热控温模块，可最大限度的避免“冷凝”现象，确保测试结果的准确性和完整性。标配的精准气氛控制和流量控制模块，使TGA 8000所构建的逸出气体联用测试平台，轻松地获取逸出气体的成分信息。br/strong style="text-indent: 2em color: rgb(31, 73, 125) "PerkinElmer公司联用分析技术典型的应用领域有制药、食品、能源和环境行业。/strong/pp style="text-indent: 0em "strong制药行业/strongbr//pp style="text-indent: 0em "strong热重-质谱联用技术检测药品中的残留溶剂。/strong/pp style="text-indent: 2em "在原料药或制剂生产中，溶剂常会用于反应，溶解，提纯及催化等过程。但由于很多溶剂具有毒性或存在潜在威胁，必须保证最终产品中的溶剂被全部去除或控制在一定浓度之下。热重-质谱联用技术可对药品中的残余溶剂的种类进行定性检测；另外，残留溶剂可能会引起药物分子的再结晶或转晶行为，这也会破坏药物的疗效，热重-质谱也可以进行此方面检测。/pp style="text-indent: 0em "strong热重-红外联用技术用于药物加热过程中的机理研究。/strongbr//pp style="text-indent: 2em "新药研发往往会利用成盐等手段来调控药物分子的晶型结构，随之带来的问题可能是裂解温度和熔融温度的巨大改变，而裂解和熔融都属于吸热过程，如没有确凿的证据极易引起研究者的误判。热重和红外的同步信号可确定了两个热信号产生的原理，此外还借助红外强大的结构鉴定能力确定具体的逸出气体成分，从而推到出整个加热过程的全貌。/pp style="text-indent: 0em "strong食品行业/strongbr//pp style="text-indent: 0em "strong热重-红外-气相质谱分析天然产物的组成。/strong/pp style="text-indent: 2em "天然产物（诸如烟草或者咖啡等）的结构组成非常复杂，热重-红外-气相质谱测试平台不仅可以高效探求天然产物中的有效成分，而且还可以全面剖析其组成。例如，针对的咖啡豆样品，相比于顶空-气质联用设备，热重所能覆盖的温度区间更广，因此可以剖析不同温度段所产生的气体组分，更全面且准确地评价不同产地咖啡豆的区别，甚至反推其地域环境造成的影响等。针对烟草样品，可以利用联用研究烟丝的燃烧机理、评价卷烟的烟气质量以及风格特征等等。/pp style="text-indent: 0em "strong能源行业/strongbr//pp style="text-indent: 0em "strong热重-气相质谱分析能源作物的裂解机理。/strong/pp style="text-indent: 2em "能源作物作为生物质燃料的原料，其结构成分对生物转换效率起到至关重要的作用。利用热重-气相质谱的分离模式可以剖析能源作物的目标产物定性定量信息，为生物质转换提供强有力的基础数据支撑。此外，生物质转换后的废渣废液等无法直接排放的垃圾还可以用联用技术研究焚化机理问题。/pp style="text-indent: 0em "strong/strong/ppstrong环境行业/strong/ppstrong热重-红外分析土壤污染物。/strong/pp　　碳氢化合物进入土壤，使土壤受到污染可有几种途径，如燃料通过储存罐或者传输线泄露，雨水径流洗车的地方。因此，测试土壤污染在环境监测或土地复垦中尤为重要。热重分析和红外光谱(TG-IR)联用技术可以提供关于污染物数量和性质的详细信息，而且无需样品制备。/pp style="text-align: right "strong（供稿：PerkinElmer）/strong/pp style="text-indent: 0em "span style="text-indent: 2em "/spanbr//p

p style="text-align: left "　　近红外(NIR)光谱是一种分子光谱，不仅体现了分子的结构和官能团等分子本身的特征，还体现了包括氢键在内的分子间或分子内相互作用。水分子在100 nm到100 μm的光谱区间都有吸收，在大部分光谱区域有很强的吸收，导致很多光谱技术难以用于水溶液体系或含水量较多的分析体系。但是在近红外光谱区间，水的吸收相对较弱。因此，近红外光谱技术可以测量水溶液体系或含水量较多的样品。同时由于水在化学结构上的特点，其近红外光谱极易受到扰动因素的影响，比如温度、压力或者溶质。当水分子周围环境改变时，近红外光谱也会随之发生变化，从变化的光谱中我们可以获取结构及相互作用的信息。所以近红外光谱为水及含水体系的研究提供了一种新的分析手段，通过水的光谱信息随扰动条件的变动可以建立新的分析方法。br//pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/29dd919c-5601-470f-91ed-83048cbc6358.jpg" title="579ba6a9-02f4-4ced-878f-9f5948cd9b8f.jpg" alt="579ba6a9-02f4-4ced-878f-9f5948cd9b8f.jpg" width="450" height="300" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong南开大学化学学院 邵学广教授/strong/pp　　早在1925年，Collinssup[1]/sup和Waggenersup[2]/sup等分别研究了液态水的吸收光谱与温度的相关性，发现温度的改变会对水的吸收光谱产生明显的影响。随着温度的升高，水的吸收峰向高波数移动并且强度逐渐增强，说明液态水是由不同氢键结构的水分子组成的混合物。Inoue等sup[3]/sup研究了水的结构随压力的变化，发现当压力升高时，水的近红外吸收峰向低波数移动，说明水的氢键结构增强，结构化程度升高。除了外界环境对水结构的影响，溶质的加入也会使水的结构发生变化。Gowen等sup[4]/sup研究了不同温度下无机盐(NaCl、KCl、MgCl2和AlCl3)水溶液的近红外光谱，通过提取与水结构相关的特征光谱信息，分析了特征光谱随温度和离子浓度的变化。结果表明KCl和NaCl倾向于破坏水氢键网络结构中的氢键，而MgCl2和AlCl3倾向于促进水分子之间的氢键形成。Czarneckisup[5]/sup采用二维相关谱技术研究了N-甲基乙酰胺与水的相互作用，通过对水溶液的近红外光谱的分析，发现了水分子和两个N-甲基乙酰胺分子相互作用形成氢键的光谱特征。这些研究都表明当加入扰动条件(如温度，压力，溶质等)时，水的近红外光谱会发生明显变化，通过变化的水光谱，可以反映出结构的改变或水与溶质之间的相互作用。/pp　　2006年，Tsenkovasup[6]/sup在研究了不同质量牛奶制品的近红外光谱特征的基础上首次提出了“水光谱组学(Aquaphotomics)”并开展了一系列研究工作。水光谱组学通过研究体系中水的光谱信息在温度和溶质(种类和含量)等扰动下产生的变化，了解不同物质及含量对水结构产生的影响，再通过水的结构推断溶质的结构与功能。研究结果表明，利用水的近红外光谱随扰动条件的变动不仅可以对疾病或异常状态进行无损诊断，而且还可以作为“镜子”反映溶质的动力学过程以及外部条件对溶液产生的影响。比如，利用水化层中水结构的信息实现了对大豆花叶病潜伏期的诊断sup[7]/sup、通过检测大熊猫尿液中的水的光谱判断了大熊猫是否处于发情期sup[8]/sup，另外，也发现了细菌的代谢物也对水的光谱有影响从而实现了对溶液中细菌含量的定量分析sup[9]/sup。/pp　　在我们的研究工作中，将水作为探针，利用水的结构对温度敏感的特点，利用温控近红外光谱技术，通过提取随温度变化的水光谱信息对溶质进行了结构和定量分析。在结构分析方面，首先研究了小分子溶质(如葡萄糖、寡肽、醇等)对水结构的影响。通过水在一级倍频区吸收带的变化，发现葡萄糖使水的有序结构增强，为解释糖类化合物在生物体系中的“保护作用”提供了新的依据sup[10]/sup。利用温度效应，研究了寡肽(五聚赖氨酸水、五聚天冬氨酸)水溶液的近红外光谱，利用独立成分分析提取了水的特征光谱信息，观察到寡肽与水的相互作用，发现寡肽的加入会使水的热稳定性增强，五聚赖氨酸水溶液中疏水水合占主导地位，水分子在氨基酸残基的烷基侧链周围形成“水笼” 而在五聚天冬氨酸水溶液中亲水水合为主要作用，水分子通过一个氢键与寡肽分子相结合。进一步说明水可以作为探针来研究分子间的相互作用sup[11]/sup。/pp　　除了小分子之外，大分子(比如蛋白质、高分子聚合物)与水的相互作用也一直是大家关心的问题。采用连续小波变换(CWT)提高近红外光谱的分辨率，通过分析人血清白蛋白(HSA)和水的光谱信息随温度的变化，研究了HSA二级结构的热变性过程，发现水结构变化可以反映HSA的展开过程sup[12]/sup。进一步将该方法应用于血清分析，结合蒙特卡罗-无信息变量消除法(MC-UVE)筛选出与蛋白质特征吸收相关的变量研究了不同水结构在蛋白质的热变性过程中的作用sup[13]/sup。应用二维相关光谱分析了不同温度下卵清蛋白水溶液的近红外光谱，研究了卵清蛋白受热形成凝胶的过程水的作用，结果表明，含有两个氢键的水结构变化能够很好的反映蛋白质的结构转变，并且在蛋白形成凝胶的过程中促进了凝胶结构的形成sup[14]/sup。采用高维算法NPCA研究了具有LCST行为的高分子聚合物聚(甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯)(PDMAEMA)随温度升高聚集过程中水的作用，通过对水光谱的分析，得到了与聚合物链形成两个氢键的水分子(S2)在聚集过程中起到重要的桥联作用，当温度升高，桥联的S2氢键结构遭到破坏，高分子链发生聚集形成胶束，研究结果说明水可以作为研究聚合物聚集过程的探针sup[15]/sup。通过对水的温控近红外光谱进行分析，得到了水的光谱中容易受到温度影响的光谱变量，并发现所选变量可用于不同溶液的识别sup[16]/sup。同时，将水作为探针，采用PCA和二维相关光谱分析的方法分析了血清样品的近红外光谱，得到了与血清样品差异相关的水结构的特征光谱，并发现这种特征光谱与疾病之间的相关关系sup[17]/sup。/pp　　借助化学计量学方法提取水结构信息，对水溶液体系的定量分析开展了研究工作。在水-乙醇-丙醇体系中，温度和浓度的变动均会引起水光谱的变化，利用多级同时成分分析(MSCA)建立了两级模型，分别描述光谱与温度之间的定量关系(QSTR)和光谱与浓度之间的定量关系(QSCR)，实现了温度效应的定量描述和浓度的定量计算sup[18,19]/sup。提出并建立了互因子分析(MFA)方法，通过提取不同温度或不同浓度下水的吸收光谱中包含的“共同”光谱特征实现了温度或浓度的定量分析，成功应用于水溶液以及实际血清样品中葡萄糖的定量检测sup[20]/sup。这些研究成果都表明当施加一定的扰动因素时，水可以作为敏感的探针进行定量分析。/pp　　近红外水光谱组学为近红外光谱在生物和生命体系分析中应用开辟了新的领域，温控近红外光谱技术为近红外光谱的应用提供了新的思路，化学计量学为近红外光谱技术在实际复杂体系分析中的应用提供了技术手段。随着研究工作的不断深入，越来越多的水的近红外光谱特征将得到深度挖掘，成为探索和理解水在化学和生物过程中作用与功能的重要信息来源。/pp　strong　参考文献：/strong/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[1] J.R. Collins. Change in the infra-red absorption spectrum of water with temperature. Phys. Rev. 192. 26, 771-779./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[2] W.C. Waggener. Absorbance of liquid water and deuterium oxide between 0.6 and 1.8 microns. Anal. Chem. 1958, 30, 1569-1570./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[3] A. Inoue, K. Kojima, Y. Taniguchi, K. Suzuki. Near-infrared spectra of water and aqueous electrolyte solutions at high pressures. Solution Chem. 1984, 13, 811-823./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[4] A.A. Gowen, J.M. Amigo, R. Tsenkova. Characterisation of hydrogen bond perturbations in aqueous systems using aquaphotomics and multivariate curve resolution-alternating least squares. Anal. Chim. Acta 2013, 759, 8-20./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[5] M.A. Czarnecki, K.Z. Haufa. Effect of temperature and concentration on the structure of n-methylacetamide-water complexes: Near-infrared spectroscopic study. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1015-1021./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[6] R. Tsenkova. Aquaphotomics and chambersburg. NIR news 2006, 17, 12-14./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[7] B. Jinendra, K. Tamaki, S. Kuroki, M. Vassileva, S.Yoshida, R. Tsenkova. Near infrared spectroscopy and aquaphotomics: Novel approach for rapid in vivo diagnosis of virus infected soybean. Biochem Biophys Res Commun. 2010, 397, 685-690./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[8] K. Kinoshita, M. Miyazaki, H. Morita, M. Vassileva, C.X. Tang, D.S. Li, O. Ishikawa, H. Kusunoki1, R. Tsenkova. Spectral pattern of urinary water as a biomarker of estrus in the giant panda. Sci. Rep. 2012, 2, 856./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[9] Y. Nakakimura, M. Vassileva, T. Stoyanchev, K. Nakai, R. Osawa, J. Kawanod, R. Tsenkova. Extracellular metabolites play a dominant role in near-infrared spectroscopic quantification of bacteria at food-safety level concentrations. Anal. Methods 2012, 4, 1389-1394./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[10] X.Y. Cui, X.W. Liu, X.M. Yu, W.S. Cai, X.G. Shao. Water can be a probe for sensing glucose in aqueous solutions by temperature dependent near infrared spectra. Anal. Chim. Acta. 2017, 957, 47-54./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[11] D. Cheng, W.S. Cai, X.G. Shao. Understanding the interaction between oligopeptide and water in aqueous solution using temperature-dependent near-infrared spectroscopy. Appl. Spectrosc. 2018, 72, 1354-1361./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[12] M.L. Fan, W.S. Cai, X.G. Shao. Investigating the structural change in protein aqueous solution using temperature-dependent near-infrared spectroscopy and continuous wavelet transform. Appl. Spectrosc. 2017, 71, 472-479./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[13] X.W. Liu, X.Y. Cui, X.M. Yu, W.S. Cai, X.G. Shao. Understanding the thermal stability of human serum proteins with the related near-infrared spectral variables selected by Monte Carlo-uninformative variable elimination. Chin. Chem. Lett. 2017, 28, 1447-1452./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[14] L. Ma, X.Y. Cui, W.S. Cai, X.G. Shao. Understanding the function of water during the gelation of globular proteins by temperature-dependent near infrared spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 20132-20140./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[15] L. Wang, X.W. Zhu, W.S. Cai, X.G. Shao. Understanding the role of water in the aggregation of poly (n, n-dimethylaminoethyl methacrylate) in aqueous solution using temperature -dependent near-infrared spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21, 5780-5789./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[16] X.Y. Cui, J. Zhang, W.S. Cai, X.G. Shao. Selecting temperature-dependent variables in near-infrared spectra for aquaphotomics. Chemom. Intell. Lab. Syst. 2018, 183, 23-28./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[17] X.Y. Cui, Y.M. Yu, W.S. Cai, X.G. Shao. Water as a probe for serum-based diagnosis by temperature-dependent near-infrared spectroscopy. Talanta 2019, 204, 359-366./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[18] X.G. Shao, J. Kang, W.S. Cai. Quantitative determination by temperature dependent near-infrared spectra. Talanta 2010, 82, 1017-1021./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[19] J. Kang, W.S. Cai, X.G. Shao. Quantitative determination by temperature dependent near-infrared spectra: A further study. Talanta 2011, 85, 420-424./span/ppspan style="font-family: " times="" new=""　　[20] X.G. Shao, Y.M. Yu, X.Y. Cui, W.S. Cai. Mutual factor analysis for quantitative analysis by temperature dependent near infrared spectra. Talanta 2018, 183, 142-148./span/pp style="text-align: right "strongspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "（南开大学化学学院 邵学广、孙岩、崔晓宇）/span/strong/p

基本信息 关键内容： 冠层分析仪,红外热成像仪 开标时间： 2021-09-09 09:00 采购金额： 770.50万元 采购单位： 中国气象局气象探测中心 采购联系人： 李老师 采购联系方式： 立即查看 招标代理机构： 中国气象局气象发展与规划院 代理联系人： 张夏虹 代理联系方式： 立即查看 详细信息 中国气象局气象探测中心新型机载激光雷达技术应用试验（一期）公开招标公告 北京市-海淀区 状态：公告 更新时间： 2021-08-17 招标文件: 附件1 附件2 中国气象局气象探测中心新型机载激光雷达技术应用试验（一期）公开招标公告 2021年08月17日 16:10 公告信息： 采购项目名称 新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 品目 服务/信息技术服务/软件开发服务/应用软件开发服务/行业应用软件开发服务 采购单位 中国气象局气象探测中心 行政区域 北京市 公告时间 2021年08月17日 16:10 获取招标文件时间 2021年08月17日至2021年08月24日每日上午:8:00 至 12:00 下午:14:00 至 17:00（北京时间，法定节假日除外） 招标文件售价 ￥0 获取招标文件的地点 中国政府采购网下载 开标时间 2021年09月09日 09:00 开标地点 北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区7号楼3层大会议室（科技大楼前草坪西侧） 预算金额 ￥770.500000万元（人民币） 联系人及联系方式： 项目联系人 张夏虹 项目联系电话 010-68406136 采购单位 中国气象局气象探测中心 采购单位地址 北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区27号楼 采购单位联系方式 李老师 68407292 代理机构名称 中国气象局气象发展与规划院（中国气象局政府采购中心） 代理机构地址 北京市海淀区中关村南大街46号北区8号楼（中国气象局气象发展与规划院办公楼） 代理机构联系方式 张夏虹 010-68406136 附件： 附件1 附件2 项目概况 新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 招标项目的潜在投标人应在中国政府采购网下载获取招标文件，并于2021年09月09日 09点00分（北京时间）前递交投标文件。 一、项目基本情况 项目编号：ZQC-R21098 项目名称：新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 预算金额：770.5000000 万元（人民币） 最高限价（如有）：770.5000000 万元（人民币） 采购需求： 本项目将在我国冬小麦陆表生态功能区和亚热带阔叶林区利用无人机分别搭载激光雷达、miniSAR、多光谱成像仪和热红外成像仪开展中尺度陆表生态气象观测试验，通过陆表生态观测试验平台软件对机载数据进行收集预处理，结合卫星遥感资料和地面观测资料进行交叉融合检验，生成地表反射率、植被指数、土壤水分、双向反射率、叶面积指数、生物量、地表温度、冠层温度等特定地物生态功能区服务产品。为陆表生态观测试验数据的准确性和生态下垫面星地融合校验产品的定量化水平提供有力支撑。 合同履行期限：合同签订后60天内交货，安装调试、试验作业及验收按照项目进度要求执行。 本项目( 不接受 )联合体投标。 二、申请人的资格要求： 1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定； 2.落实政府采购政策需满足的资格要求： 项目需落实政府采购节约能源、保护环境、扶持不发达地区和少数民族地区，促进中小微企业发展的政策等，相关政府采购政策详见招标文件。 3.本项目的特定资格要求：（1）须为未被列入“信用中国”网站(www.creditchina.gov.cn)、中国政府采购网(www.ccgp.gov.cn)渠道信用记录失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的投标人；（2）招标文件是在中国气象局政府采购中心申请领取并登记备案的； 三、获取招标文件 时间：2021年08月17日 至 2021年08月24日，每天上午8:00至12:00，下午14:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外） 地点：中国政府采购网下载 方式：投标人的有关经办人员于 2021年8月17日至2021年8月24日 (节假日除外)，将领取招标文件申请表的电子版（word），以及投标人介绍信（盖单位公章）、身份证复印件扫描件，以电子邮件方式发至cma_gsc@163.com（邮件主题注明投标人全称及所投标项目编号）。采购中心在收到邮件1个工作日内以电子邮件向潜在投标人发送招标文件的密码，潜在投标人凭密码获取打开中国政府采购网下载的招标文件。 售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和 四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点 提交投标文件截止时间：2021年09月09日 09点00分（北京时间） 开标时间：2021年09月09日 09点00分（北京时间） 地点：北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区7号楼3层大会议室（科技大楼前草坪西侧） 五、公告期限 自本公告发布之日起5个工作日。 六、其他补充事宜 七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。 1.采购人信息 名 称：中国气象局气象探测中心 地址：北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区27号楼 联系方式：李老师 68407292 2.采购代理机构信息 名 称：中国气象局气象发展与规划院（中国气象局政府采购中心） 地 址：北京市海淀区中关村南大街46号北区8号楼（中国气象局气象发展与规划院办公楼） 联系方式：张夏虹 010-68406136 3.项目联系方式 项目联系人：张夏虹 电 话： 010-68406136 × 扫码打开掌上仪信通App 查看联系方式 基本信息 关键内容：冠层分析仪,红外热成像仪 开标时间：2021-09-09 09:00 预算金额：770.50万元 采购单位：中国气象局气象探测中心 采购联系人：点击查看 采购联系方式：点击查看 招标代理机构：中国气象局气象发展与规划院 代理联系人：点击查看 代理联系方式：点击查看 详细信息 中国气象局气象探测中心新型机载激光雷达技术应用试验（一期）公开招标公告 北京市-海淀区 状态：公告 更新时间： 2021-08-17 招标文件: 附件1 附件2 中国气象局气象探测中心新型机载激光雷达技术应用试验（一期）公开招标公告 2021年08月17日 16:10 公告信息： 采购项目名称 新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 品目 服务/信息技术服务/软件开发服务/应用软件开发服务/行业应用软件开发服务 采购单位 中国气象局气象探测中心 行政区域 北京市 公告时间 2021年08月17日 16:10 获取招标文件时间 2021年08月17日至2021年08月24日每日上午:8:00 至 12:00 下午:14:00 至 17:00（北京时间，法定节假日除外） 招标文件售价 ￥0 获取招标文件的地点 中国政府采购网下载 开标时间 2021年09月09日 09:00 开标地点 北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区7号楼3层大会议室（科技大楼前草坪西侧） 预算金额 ￥770.500000万元（人民币） 联系人及联系方式： 项目联系人 张夏虹 项目联系电话 010-68406136 采购单位 中国气象局气象探测中心 采购单位地址 北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区27号楼 采购单位联系方式 李老师 68407292 代理机构名称 中国气象局气象发展与规划院（中国气象局政府采购中心） 代理机构地址 北京市海淀区中关村南大街46号北区8号楼（中国气象局气象发展与规划院办公楼） 代理机构联系方式 张夏虹 010-68406136 附件： 附件1 附件2 项目概况 新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 招标项目的潜在投标人应在中国政府采购网下载获取招标文件，并于2021年09月09日 09点00分（北京时间）前递交投标文件。 一、项目基本情况 项目编号：ZQC-R21098 项目名称：新型机载激光雷达技术应用试验（一期） 预算金额：770.5000000 万元（人民币） 最高限价（如有）：770.5000000 万元（人民币） 采购需求： 本项目将在我国冬小麦陆表生态功能区和亚热带阔叶林区利用无人机分别搭载激光雷达、miniSAR、多光谱成像仪和热红外成像仪开展中尺度陆表生态气象观测试验，通过陆表生态观测试验平台软件对机载数据进行收集预处理，结合卫星遥感资料和地面观测资料进行交叉融合检验，生成地表反射率、植被指数、土壤水分、双向反射率、叶面积指数、生物量、地表温度、冠层温度等特定地物生态功能区服务产品。为陆表生态观测试验数据的准确性和生态下垫面星地融合校验产品的定量化水平提供有力支撑。 合同履行期限：合同签订后60天内交货，安装调试、试验作业及验收按照项目进度要求执行。 本项目( 不接受 )联合体投标。 二、申请人的资格要求： 1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定； 2.落实政府采购政策需满足的资格要求： 项目需落实政府采购节约能源、保护环境、扶持不发达地区和少数民族地区，促进中小微企业发展的政策等，相关政府采购政策详见招标文件。 3.本项目的特定资格要求：（1）须为未被列入“信用中国”网站(www.creditchina.gov.cn)、中国政府采购网(www.ccgp.gov.cn)渠道信用记录失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的投标人；（2）招标文件是在中国气象局政府采购中心申请领取并登记备案的； 三、获取招标文件 时间：2021年08月17日 至 2021年08月24日，每天上午8:00至12:00，下午14:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外） 地点：中国政府采购网下载 方式：投标人的有关经办人员于 2021年8月17日至2021年8月24日 (节假日除外)，将领取招标文件申请表的电子版（word），以及投标人介绍信（盖单位公章）、身份证复印件扫描件，以电子邮件方式发至cma_gsc@163.com（邮件主题注明投标人全称及所投标项目编号）。采购中心在收到邮件1个工作日内以电子邮件向潜在投标人发送招标文件的密码，潜在投标人凭密码获取打开中国政府采购网下载的招标文件。 售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和 四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点 提交投标文件截止时间：2021年09月09日 09点00分（北京时间） 开标时间：2021年09月09日 09点00分（北京时间） 地点：北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区7号楼3层大会议室（科技大楼前草坪西侧） 五、公告期限 自本公告发布之日起5个工作日。 六、其他补充事宜 七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。 1.采购人信息 名 称：中国气象局气象探测中心 地址：北京市海淀区中关村南大街46号中国气象局北区27号楼 联系方式：李老师 68407292 2.采购代理机构信息 名 称：中国气象局气象发展与规划院（中国气象局政府采购中心） 地 址：北京市海淀区中关村南大街46号北区8号楼（中国气象局气象发展与规划院办公楼） 联系方式：张夏虹 010-68406136 3.项目联系方式 项目联系人：张夏虹 电 话： 010-68406136

- Bradford、BCA太过繁琐？ UV测蛋白结果不准确？- 全球第一台红外微定量分析仪Direct Detect - 2ul样本、1分钟检测、无需染色，准确读取蛋白定量结果Direct DetectTM全球第一台基于红外原理的生物分子微定量分析系统，只需要2ul样本及空白对照（Blank），就可以直接获取结果。无需样品处理，无需每次制作标准曲线，无需比色杯、没有废液。Direct DetectTM系统直接基于酰胺区在红外吸收光谱分析，无需考虑氨基酸的组成、染料性质、氧化还原电位这些因素，避免了比色法分析的缺陷，可以获得更加准确的结果。蛋白、脂肪、碳水化合物以及核酸都有可被区分的特定红外吸收光谱，所以您可以很轻松实现复杂混合物各种组分浓度的准确分析。浏览Direct Detect中文产品手册更多详情，请访问：www.millipore.com/directdetect 产品技术支持热线：400-889-1988Email: china.marketing.online@merckgroup.com

HAMAMATSU（滨松） PHOTONICS近红外光谱在食品分析中的作用近红外光谱（NIR）是指在750至2500 nm的电磁光谱近红外区域内研究物质和光之间的相互作用[1]。当红外光与样品分子相互作用时，每个波长反射、透射和吸收的电磁能的量取决于样品中存在的键类型[1]。C-H、N-H和OH振动键在近红外区域最普遍，决定了给定物质的光谱形状。近红外光谱通常用于测量和量化样品的近似成分，如蛋白质、水分、干物质、脂肪和淀粉。此外，近红外光谱反映了其物理性质或特性[1]。因此，当应用于食品时，样品的近红外光谱不仅可以提供有关食品化学成分的信息，还可以通过不需要使用试剂的无损、快速和清洁的方法提供有关其功能的信息[2]。便携式仪器的影响直到最近，近红外技术才向小型化设备发展，使近红外分析从实验室进入现场成为可能。便携式近红外光谱是监测作物质量、确定最佳种植条件和收获时间的绝佳工具。鉴于食品易受含量变化的影响，需要保持新鲜以防止质量损失，以及非法掺假的可能性，控制食品质量的重要性怎么强调都不为过。此外，食品生产、配送链的复杂性以及将分析时间降至最低的需要，使便携式光谱仪在该领域向前迈出了革命性的一步[5][6]。用于食品分析的近红外光谱示例Parastar等人将计算技术应用于近红外分析仪获得的吸收光谱，能够准确区分新鲜肉和解冻肉，并根据鸡的生长条件对鸡柳进行正确分类[3]。使用类似的工具，Kucha和Ngadi能够评估猪肉末的新鲜度[4]。这些计算方法，通常被称为“化学计量学”，使用多种算法和统计技术，如多元线性回归、偏最小二乘回归和主成分分析来分析来自光谱仪的数据。这些方法将光谱信息转化为与样品相关的化学和功能特性[2]。便携式近红外分析仪改善奶牛健康，优化灌溉和收割时间便携式近红外分析仪已被用于饲料和牧草的农场监测，以评估其质量。在这个过程中，将饲料样本放在扫描仪前进行分析，并将结果提供给农民或营养学家。这使他们能够及时做出有关提要的管理决策，将获得结果所需的时间从几天缩短到几秒钟。例如，牛饲料中玉米青贮饲料的干物质含量每天变化很大，在六个月内高达41%。通过现场调整，奶牛可以获得更一致的口粮，从而改善牛群的总体健康状况。这是通过血液参数的变化和乳腺炎的减少来观察的，从而增加了产奶量。此外，这项技术可以潜在地减少饲料浪费，从而降低成本并增加收入[7]。便携式近红外光谱法的另一个有价值的应用领域是对作物生长各个阶段的实地评估。Tardaguila等人研究了在不同环境条件下生长的八个不同品种的160片葡萄叶片的吸收波长。他们专门针对含水量评估来确定葡萄酒行业灌溉的优化策略[8]。在收获季节，近红外光谱已被用于评估橄榄果实[9]、葡萄[10]和番茄[11]在树上的成熟度，从而优化收获时间，甚至使用农业机器人实现自动化水果采摘。收获后，近红外光谱技术有助于农民、消费者和质量控制官员对产品质量进行快速无损检测。这项技术还允许检测由于将传统生产的水果错误标记为有机水果而导致的菠萝欺诈[12]。FTIR光谱提供更高的通量和更好的灵敏度在近红外光谱中，分析有机材料的吸收光谱主要有两种方法。第一种方法是基于二极管阵列的光谱学。该技术使用色散光栅将从样品反射或透射的光分离为其波长分量。然后将每个分量聚焦在线性检测器阵列的不同像素上。这种方法速度相当快，可以用于实时测量。然而，二极管阵列光谱仪的光通量与其光谱分辨率成反比，这限制了其有效性。此外，在近红外区域敏感的线性阵列的高成本可能会限制其在某些应用中的应用，特别是在农业和食品中。获得吸收光谱的第二种方法是傅立叶变换干涉测量法。在这种方法中，入射光被分成两条路径，一条指向固定反射镜，另一条指向可移动反射镜。当这些路径被重新组合时，就会得到干涉图。通过对该干涉图进行傅立叶变换，可以获得入射光的光谱，并且通过适当的校准，可以确定样品的吸收光谱。使用这种技术，可以同时测量所有波长，在不影响光谱分辨率的情况下提供更好的吞吐量和更高的灵敏度（通常被称为“Fellgett的优势”）。在该技术中，仅使用单个NIR光电探测器而不是阵列，从而保持低成本。滨松光子的FTIR引擎为食品行业带来了新的曙光滨松的FTIR引擎C15511-01是一个紧凑的傅立叶变换红外光谱模块，对1.1µm至2.5µm范围内的近红外光具有灵敏度，并具有USB连接。该设备的特点是在手掌大小的外壳中有一个迈克尔逊光学干涉仪和控制电路。为了补偿元件小型化造成的光损失，滨松光子公司的工程师为FTIR引擎配备了一个大型可移动MEMS反射镜和一个高灵敏度InGaAs PIN光电二极管。这种MEMS元件的特殊设计抵消了外部振动和器件内部杂散光反射的影响。可移动MEMS反射镜的位置使用专用激光系统进行连续和精确的监测，以确保最高的波长再现性。一般来说，滨松的FTIR引擎可以提供与更大、更昂贵的台式设备相当的高灵敏度、高分辨率和高速测量。使用FTIR引擎进行红外光谱分析有两种测量方法：“反射测量”和“透射测量”。使用这些方法，我们测量了坚果（杏仁、腰果、核桃）和酒精饮料（啤酒、清酒和白兰地）的光谱。透射测量：酒精饮料吸收光谱的比较及其酒精浓度的估计FTIR引擎C15511-01用于观察几种酒精饮料产生的吸收光谱的差异。将液体放入对近红外透明的石英池中，提供1mm的光路长度。使用卤素灯作为本实验的光源。来自灯的宽带光部分被液体吸收，并通过光纤部分传输到FTIR引擎。图中所示的吸收光谱是在室温下获得的，平均128次扫描，并减去参考测量值。这些光谱的形状主要受水中的OH基团（吸收波长：1450 nm和1900 nm）和醇中的CH基团（吸收光谱波长在2100 nm和2500 nm之间）的影响。还测量了纯水和乙醇的光谱，并将其添加到图中进行比较。此外，使用2300nm处的吸收峰来估计每种饮料中的酒精浓度。该测量显示的值与液体中酒精的实际存在一致，证实了使用这种紧凑的设备和方法进行精确估计的可能性。漫反射测量：使用近红外光谱对坚果进行分类当照射到样品上的光的一部分被其表面颗粒有规律地反射时，其余的则穿透样品。在这里，光通过折射透射、光散射和表面反射反复散射，直到它离开待测量的样品。通过该测量获得的漫反射光谱与样品的吸收光谱相似。漫反射信号通常比通过透射获得的信号弱。因此，使用这种方法的主要挑战之一是提高照明效率。在传统配置中，使用光纤将来自单个卤素灯的宽带光引导到样品。滨松光子最近设计了L16462-01，这是一种针对漫反射测量进行优化的创新光源。该装置配备了多个灯，以特定角度靠近样品。通过光纤收集从样品散射的光，并将其引导至NIR光谱仪。这种配置可测量信噪比，最大限度地减少杂散光的影响。e照射到样品上的部分光被其表面颗粒规则反射，其余部分穿透样品。在这里，光通过折射透射、光散射和表面反射反复散射，直到它离开待测量的样品。通过该测量获得的漫反射光谱与样品的吸收光谱相似。食物过敏是一种遗传易感个体在食用某些食物成分后出现不利免疫反应的情况。这种反应可能导致立即或延迟的症状，可能是严重或致命的[13]。在过去的几十年里，这种免疫紊乱已经成为全世界关注的一个重要问题，在西方国家，至少有8%的儿童和5%的成年人受到影响。它给医疗系统带来了相当大的压力，并可能严重限制日常甜梅干动[14]。许多种类的坚果，包括核桃（胡桃）、腰果（西方腰果）和杏仁（甜梅干），都被欧洲法规1168/2011列为过敏原，只要存在于食品中，就需要添加到成分表中[15]。出于这些原因，坚果的检测和分类对于食品工业来说是必要的。滨松利用近红外光谱对杏仁、腰果和核桃的吸收光谱进行了研究和分类。使用FTIR引擎C15511-01和新的灯L16462-01获得测量结果。将坚果放置在光源上，无需任何预先准备，平均进行128次扫描以获得每个样品的吸收光谱。所获得的光谱的特征在于1600-1800nm处的峰，这是由从脂质和蛋白质拉伸的CH的第一泛音引起的。当观察光谱的二阶导数时，各种光谱之间的差异更加明显。通过主成分分析法可以对不同种类的坚果进行分类。结论近红外光谱在食品工业中的潜在应用已经被许多科学出版物广泛记录了几年。便携式仪器的出现正在将分析从实验室转移到现场，将结果的时间从几天大幅缩短到几秒钟。最值得注意的是，这种由滨松MEMS技术驱动的硬件小型化在不影响灵敏度或分辨率的情况下实现。新的计算技术正在不断发展，以分析和比较吸收光谱，并估计食品中特定化合物的含量。这些方法使整个行业的非技术用户越来越容易访问该技术。便携式FTIR分析仪是解决食品行业许多重大挑战的宝贵工具。例如，它们可以帮助提高作物产量，从而在面临粮食需求增加时提供一种替代毁林的方法。将这些技术融入农业可以在优化灌溉和限制整个供应链的食物浪费时限制水浪费。最后，FTIR分析仪可以帮助改善我们的食物质量，使其对我们和所有依赖我们的动物更安全、更健康。参考文献[1] K. B. Beć, J. Grabska, and C. W. Huck, “Near-Infrared Spectroscopy in Bio-Applications”, Molecules, vol. 25, no. 12, p. 2948, Jun. 2020, doi: 10.3390/molecules25122948.[2] D. Cozzolino, “The Ability of Near Infrared (NIR) Spectroscopy to Predict Functional Properties in Foods: Challenges and Opportunities”, Molecules, vol. 26, no. 22, p. 6981, Nov. 2021, doi: 10.3390/molecules26226981.[3] H. Parastar, G. van Kollenburg, Y. Weesepoel, A. van den Doel, L. Buydens, and J. Jansen, "Integration of handheld NIR and machine learning to 'Measure & Monitor' chicken meat authenticity" in Food Control, vol. 112, pp. 107149, 2020. doi: 10.1016/j. foodcont.2020.107149. [4] Kucha, C.T., Ngadi, M.O. “Rapid assessment of pork freshness using miniaturized NIR spectroscopy”. Food Measure 14, 1105–1115 (2020). https://doi.org/10.1007/s11694-019-00360-9 [5] J.-H. Qu, D. Liu, J.-H. Cheng, D.-W. Sun, J. Ma, H. Pu, and X.-A. Zeng, "Applications of Near-infrared Spectroscopy in Food Safety Evaluation and Control: A Review of Recent Research Advances" Critical Reviews in Food Science and Nutrition, vol. 55, no. 13, pp. 1939-1954, 2015. doi: 10.1080/10408398.2013.871693.[6] K. B. Beć, J. Grabska, and C. W. Huck, “Miniaturized NIR Spectroscopy in Food Analysis and Quality Control: Promises, Challenges, and Perspectives,” Foods, vol. 11, no. 10, p. 1465, May 2022, doi: 10.3390/foods11101465.[7] "Can On-Farm NIR Analysis Improve Feed Management?", Penn State Extension. [Online]. Available: https://extension.psu. edu/can-on-farm-nir-analysis-improve-feed-management.[8] J. Tardaguila, J. Fernández-Novales, S. Gutiérrez, and M.P. Diago, "Non-destructive assessment of grapevine water status in the field using a portable NIR spectrophotometer", J. Sci. Food Agric., vol. 97, pp. 3772-3780, 2017. doi: 10.1002/jsfa.8241.[9] A. J. 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Adueming, "Feasibility Study of the Use of Handheld NIR Spectrometer for Simultaneous Authentication and Quantification of Quality Parameters in Intact Pineapple Fruits", Journal of Spectroscopy, vol. 2019, Article ID 5975461, 9 pages, 2019. doi: 10.1155/2019/5975461.[13] Z. Husain and R.A. Schwartz, "Food allergy update: more than a peanut of a problem", International Journal of Dermatology, vol. 52, pp. 286-294, 2013. doi: 10.1111/j.1365-4632.2012.05603.x.[14] S. H. Sicherer and H. A. Sampson, "Food allergy: Epidemiology, pathogenesis, diagnosis, and treatment", The Journal of Allergy and Clinical Immunology, vol. 133, no. 2, pp. 291-307.E5, Feb. 2014. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaci.2013.11.020 [15] A. Luparelli, I. Losito, E. De Angelis, R. Pilolli, F. Lambertini, and L. Monaci, “Tree Nuts and Peanuts as a Source of Beneficial Compounds and a Threat for Allergic Consumers: Overview on Methods for Their Detection in Complex Food Products”, Foods, vol. 11, no. 5, p. 728, Mar. 2022, doi: 10.3390/foods11050728.本文来源：HAMAMATSU PHOTONICS（滨松电子），Applications for portable NIR spectroscopy in food analysis，www.hamamatsu.com供稿：符 斌，北京中实国金国际实验室能力验证研究有限公司

近日，仰仪科技推出两款新品——全自动连续流动反应量热仪和原位红外光谱分析仪。让我们一起来了解这两款仪器的特点吧！全自动连续流动反应量热仪 RC CF-200A该产品是一款自动化程度高、可定制能力强的连续流动反应热分析与量热平台，平台具备自动进样、前置预热、自动脱气、流量控制、强化混合、精确控温、多点测温等功能，能够精确控制连续化反应条件，并实时监测各点温度变化。能够结合热分析理论，分析计算连续流反应器内的反应放热总量、热流分布、峰值温度、温度梯度等结果，可广泛应用于连续化反应的热力学和动力学参数分析、热风险评估和工艺优化等研究。产品特点1）使用系数标定法、流量调节法量热，快速获取反应放热与热流分布，计算峰值温度与温度分布；2）全自动连续化反应工艺操作，可实现自动进样、前置预热、自动脱气、流量控制、强化混合、精确控温、多点测温等功能；3）高性能程控循环水浴，可设定并自动完成预热与反应环境控温；4）安全高效，系统可实现无人运行，自动完成数据记录和分析；5）反应器可更换或加装数量，依照实际需要选择不同材质的反应器；6）支持依据不同反应类型进行实验方案设计，对反应器结构、管路长度与直径、测温位置进行调整，对油浴、混合器、进料泵等各零部件的定制，满足个性化实验需求。技术规格进样流量范围（0.01~50）mL/min进样通道数2（可扩展）进样流量精度＜±0.5%进样流量分辨率0.01 mL/min进样压力脉动0.05MPa夹套控温范围（0~85）℃夹套控温精度±0.05℃管路使用温度范围（-180~260）℃温度传感器测温范围（-50~200）℃测温点数量反应管路：6个，预热管路：1个，夹套温度：1个。可根据实验情况灵活增减原位红外光谱分析仪 IR 360A该产品是一款实时分析反应变化过程的原位中红外光谱系统，可在反应容器中监测原料、产物、中间体的过程特征，帮助实验人员精准获取反应组分浓度、反应速率、杂质形成等关键参数，深入研究反应机理。其具备高分辨率、高信噪比、高稳定性、超快速扫描、波长范围宽等优势，软件支持基线校准、数据可视化处理、自动化动力学分析等，广泛应用于精细化工、制药、材料、石油、食品等领域。参考标准GB/T 21186-2007 傅立叶变换红外光谱仪JJG 001-1996 傅里叶变换红外光谱仪计量检定规程JJF 1319-2011 傅立叶变换红外光谱仪校准规范产品特点1）在间歇、半间歇、连续流工艺中实现长时间原位分析，且不干扰反应进程；2）高性能MCT探测器，具备高灵敏度、高稳定度、高速扫描的能力；3）强大的光谱分析软件系统，支持基线校准、谱图处理、自动化动力学分析等，帮助实验人员建立定性、定量的光谱分析模型；4）ATR钻石探头能承受较为宽广的pH值、温度及压力范围，在多相混合体系中实现无盲区测量，适应各种反应环境；5）工业级紧凑设计，抗振动、抗冲击、抗电磁干扰，占地面积小，使用寿命长。技术规格主机分辨率2cm-1、4cm-1、8cm-1波数范围(5000~834)cm-1探测器探测器类型：探测器型光伏MCT（汞-镉-碲化物）冷却方式：内置TEC控制器工作温度(10~40)℃电源(100~240)V交流电，50/60Hz，1.5A（最大值）湿度＜60%尺寸基本单元：189mm×285mm×127mmATR探头晶体材料钻石棱镜光谱范围(3~17)μm光纤类型AgHal-Broad温度范围(-30~130)℃最大耐压100bar探头长度1.6m轴长度280mm轴直径6mm轴材料哈氏合金C22保护管材料不锈钢V2A制成的扁平钢丝螺旋结构，用玻璃纤维编制包裹，外套：硅橡胶软件定量模型纯物质模型、单变量模型、多变量模型成分分析曲线分解，获取未知体系主要成分变化趋势自动寻峰全光谱范围特征峰自动识别数据联用在线光谱数据与反应器量热数据协同分析关于仰仪科技杭州仰仪科技有限公司于2006年成立，是新能源与化工领域测试仪器设备、解决方案的专业开发者。自成立以来，仰仪科技坚持以技术为核心，不断提升自主创新能力。公司现拥有一支由博士、硕士等专业技术人才组成的高精尖研发团队，已获得国家发明、实用新型近40项，外观和软件著作权10余项，2013年被选为化工产品安全测试技术与仪器浙江省工程实验室联合建设单位。目前，公司产品线主要有热分析与量热、理化参数测试、粉尘爆炸测试和化学品物理危险测试等，产品综合性能达到水平，拥有良好的用户体验和性价比；在应急管理、货物运输、海关监管、市场监管、环境保护、高等院校、大型企业及第三方检测等机构具有广泛应用且口碑良好。

时光荏苒 岁月如梭2022年ITC红外培训仅剩一节课想报名的小伙伴一定要抓紧报名12月的课程呀ITC红外培训课坚决保证精品小班授课，理论和实践相结合确保学员在这里实实在在学到本领华丽化身为“成手”热像师ITC培训12月课程 12月12日-16日 上海课程：一级报名ITC红外培训你可以有哪些收获呢？下面小菲来带您细数下1国际水平的专业团队ITC红外培训，是全球第一大红外技术培训和国际认证的提供者。凭借国际上最权威的红外培训课程，在全球30几个国家设有培训基地，遍布欧洲、中东、非洲、亚太和拉丁美洲等地，是全球唯一一家通过ISO9001:2000质量管理标准认证的培训中心。ITC红外培训是针对红外热成像行业的职业培训，提供红外热成像所有领域的培训课程，以及国际认证与再认证。目前，中国主要是ITC红外一级培训，培训讲师是拥有6年+的技术培训经验的孙裕（Neo），其会对红外热像仪的新用户，针对各类状态监控、可靠性维护和楼宇节能等应用个性化进行培训。2广泛的就业范围由于温度这个决定性的因素，测温工作在现代化社会中变得极其重要，菲力尔公司的热像设备在军事、安防、机械、电气、医疗、建筑、兽医等，甚至家用领域都有广泛的应用场景，因此ITC培训的范围非常广，几乎和温度相关的行业都覆盖，因此在ITC红外培训学成后，可选择的就业范围也很广泛哦~在ITC红外培训课程中，机电系统、楼宇和屋顶应用、光学气体成像、加热炉检查、以及研发课程等，应有尽有。ITC认证培训课程包括了全面的实验室动手实践和研讨会，旨在让学员参与其中，加入挑战！3熟练的红外应用技巧我们培训了很多学员，拥有丰富的经验，配备专业的支持人员、培训设备/应用实验室等。完成ITC红外培训后，你将获得以下技能：★ 提高解释热图的能力，利用测温数据的历史纪录做出趋势分析；★ 在创建红外检测报告时，学习使用最恰当的技术；★ 学会区分真正的热点和虚假的热点，以避免出现代价高昂的错误；★ 满足许多雇主和客户要求的认证、培训和质量标准；★ 结合热力学和红外电磁辐射的知识在各行各业中，更好地使用红外热像仪。4含金量十足的证书为期五天的课程，其重点在实训阶段，简要介绍热成像的基本原理后，您即可进入实训阶段。课程包含各种练习，讲师对热图、草图和简要图标进行分析，以描述性的方式对理论部分进行阐述。实训部分的课程重点将放在红外测量技巧，以及发射率和反射表象温度对测量结果的影响上。我们会安排您对实际设备进行测量，您将了解到如何、何时使用定性和定量测量的热成像技术。培训完成后，将进行一场考试，考试内容分为单项选择题和热图分析题，合格即可获得ITC一级证书。2022年已接近尾声想要成为全能型热像师的小伙伴赶快报名12月ITC红外培训课程如果您有额外的红外培训需求只要学员数量满足15人并且与既定课程不相冲突我们都可以安排专业导师开班授课哦

p style="text-align: center "strong热重分析/strong/pp　　热重分析是在程序温度控制(等速升温、降温、恒温和循环)下，测量物质的质量(或重量)随温度变化的一种热分析技术。通过研究分析不同温度下的失重曲线，可以推断样品的含水量、某个组分含量，样品分解或反应的起始和终了过程，用以测定金属有机物的降解、煤的组分、聚合物的热稳定性、催化剂的筛选、炸药的性能以及反应动力学的研究等。/pp style="text-align: center "img width="500" height="337" title="1.jpg" style="width: 500px height: 337px " alt="1.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/de9f424a-1617-42ff-820b-5ebc0b68383f.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　上图给出了一水草酸钙在升温过程中的质量变化。从不同的失重台阶，结合对气相组分的色谱、质谱或者红外分析，我们可以推断可能的反应过程。/pp style="text-align: center "img width="500" height="286" title="2.jpg" style="width: 500px height: 286px " alt="2.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/4878304d-c7ce-49e9-b0ff-83c589c48ff7.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　实际样品的TG曲线，常常没有明显的台阶，而是一条连续的失重曲线。这时，通过对失重量求导获得的DTG曲线，可以更容易的分析不同过程的起始和终了位置，如上图对共混橡胶的TG-DTG分析所示。/pp style="text-align: center "img width="500" height="214" title="3.jpg" style="width: 500px height: 214px " alt="3.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/72068168-52f2-40c1-acd8-fcabb1a0465e.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　TG技术也可以用于固相反应的研究，当然，需要过程中有气体的产生导致的质量变化。如上图所示，TiOsub2/sub与Ksub2/subCOsub3/sub的固相反应发生在500度以后，而偏钛酸与Ksub2/subCOsub3/sub的固相反应，则降低到200度，表明偏钛酸与Ksub2/subCOsub3/sub形成的纳米混合大大降低了反应能垒。/pp style="text-align: center "img width="500" height="290" title="4.jpg" style="width: 500px height: 290px " alt="4.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/40bfdc6e-ef66-411d-9c99-e11d4e299c5a.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　通常TG实验在Nsub2/sub, Osub2/sub或空气气氛下进行。在有气体释放的热重分析中，也可以利用气氛来调控失重过程。如上图，为了分析偏钛酸与Ksub2/subCOsub3/sub反应过程的中间产物，我们利用COsub2/sub气氛，而不是通常的空气或者Nsub2/sub气氛来进行热重实验，使得失重过程不再重叠，再结合XRD分析中间产物，得到了中间产物的分子式。/pp style="text-align: center "img width="500" height="304" title="5.jpg" style="width: 500px height: 304px " alt="5.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/00f6777b-0776-4d0d-944f-d28efc2cbd05.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　TG实验的升温速率对结果影响显著。通常升温速率设置在5-20℃/min。样品量也尽量少，通常为5-10mg，以减少反应过程中扩散的影响。/pp style="text-align: center "img width="500" height="197" title="6.jpg" style="width: 500px height: 197px " alt="6.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/7198cef8-5733-460a-b72c-bdab484378fe.jpg" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "img width="500" height="197" title="7.jpg" style="width: 500px height: 197px " alt="7.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/6bdb0624-701f-4855-a6a7-2e2aac9afd55.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　基于TG实验的信息，我们还可以进行热分析动力学研究。原理如上图公式所示。通常是对样品做不同升温速率下的4条曲线，再利用上面的公式，根据无模型方法或有模型方法，得到反应过程的活化能、指前因子以及反应级数。不过，这种方法的基础是假设固相的反应过程符合阿伦尼乌斯公式，而这一公式是在气相过程推导得到的，能否用于固相反应尚存在较大争议。/pp style="text-align: center "img width="500" height="323" title="8.jpg" style="width: 500px height: 323px " alt="8.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/4a8df9c3-bfe8-4cd2-bce6-ce9e72c52b25.jpg" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "img width="500" height="92" title="9.jpg" style="width: 500px height: 92px " alt="9.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/8269ee95-4eb6-415e-ab1b-ddeb93dccd58.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　2013年，美国国家能源技术实验室(NETL)的研究人员将TG技术用于研究负载有机胺的多孔材料对CO2sub2/sub的吸附动力学行为，并通过不同的吸附动力学模型拟合，发现吸附机理在不同温度下有变化。(ER Monazam, LJ Shadle,DC Miller, HW Pennline, DJ Fauth, JS Hoffman, ML Gray. Equilibrium and kineticsanalysis of carbon dioxide capture using immobilized amine on a mesoporoussilica [J]. AIChE Journal. 2013, 59(3): 923-935.)/pp style="text-align: center "img width="500" height="317" title="10.jpg" style="width: 500px height: 317px " alt="10.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/259c2aa1-1c9a-47e8-9820-a825bd3331ea.jpg" border="0" vspace="0"//pp　　南京工业大学陆小华教授在NETL工作的基础上，进一步将TG用于界面传递的非平衡热力学研究，利用TG测定的CO2等温吸附量数据，获得界面传递通量以及传递化学位差，实现了对界面传递阻力分析的定量分析和预测。(Wenlong Xie, XiaoyanJi, Xin Feng, Xiaohua Lu. Mass-transfer rate enhancement for CO2separation by ionic liquids: Theoretical study on the mechanism [J]. AIChEJournal. 2015, 61(12): 4437-4444.)/pp　　目前国际上的一些热重分析仪品牌：德国耐驰，美国TA，瑞士梅特勒，美国PE/pp　　国内生产和营销热分析仪器的主流厂商有(以下排名不分先后)：北京北光宏远、南京大展、北京恒久、上海和晟、上海精科、武汉嘉仪通、北京柯锐欧、西安夏溪、湘潭湘仪、上海研锦、上海盈诺、上海依阳、上海祖发、湖南振华、北京博渊精准等。(a href="https://www.instrument.com.cn/news/20130425/470160.shtml" target="_blank"https://www.instrument.com.cn/news/20130425/470160.shtml)/a/pp　　推荐的参考书目：/pp　　1. 刘振海，富山立子，分析化学手册(第八分册，热分析)，2000年，化学工业出版社/pp　　2. 刘振海，热分析导论，1991年，化学工业出版社/pp　　3. Handbookof Thermal Analysis and Calorimetry, Elsevier出版社，系列丛书/ppbr//pp style="text-align: right "作者：南京工业大学 刘畅教授/ppbr//ppa href="https://www.instrument.com.cn/zt/TAT" target="_blank"相关专题：《热分析方法与仪器原理剖析》/a/pp /p

人生要进步，学习不能停！不是拥有了热像仪就是热像师想要成为全能型热像师你的理论和实操能力都要经过培训审核这样才能应对工作中的各种突发问题！国际认证培训课程——ITC红外培训10月已确定成课想成为进阶红外热像师、热像分析师的各行业技术人员赶快报名参加培训学习与志同道合的朋友一起探索红外世界考试通过后将获得国际认证的证书哦~ITC培训最新课程 10月17日-21日 上海课程：一级仅需一周时间你就能从热成像小白化身专业热成像师通过考试后成为全能型热像师这样的机会千万不要错过呀！国际性培训，适合初学者ITC红外培训ITC红外培训，是一大红外技术培训和国际认证的提供者。凭借国际上权威的红外培训课程，在全球30几个国家设有培训基地，遍布欧洲、中东、非洲、亚太和拉丁美洲等地，是全球一家通过ISO9001:2000质量管理标准认证的培训中心。ITC红外培训是针对红外热成像行业的职业培训，提供红外热成像所有领域的培训课程，以及国际认证与再认证。目前，中国主要是ITC红外一级培训，其针对红外热像仪的新用户，主要关注热像仪用于各类状态监控、可靠性维护和楼宇节能等应用。完成所有培训课程要求和热成像实地作业的学员将获得ITC一级证书，非常适合毫无经验的学员哦~行业覆盖广，理论结合实操ITC红外培训由于温度这个决定性的因素，测温工作在现代化社会中变得极其重要，菲力尔公司的热像设备在军事、安防、机械、电气、医疗、建筑、兽医等，甚至家用领域都有广泛的应用场景，因此ITC培训的范围非常广，几乎和温度相关的行业都覆盖。在ITC红外培训中，机电系统、楼宇和屋顶应用、光学气体成像、加热炉检查、以及研发课程等，应有尽有。ITC认证培训课程包括了全面的实验室动手实践和研讨会，旨在让学员参与其中，加入挑战！专业讲师能力强，实操效果好ITC红外培训ITC讲师是在全球相关行业拥有资深经验的培训人员和热像师，拥有ASNT、EPRI、EN、BINDT和ISO资质，他们丰富的知识与经验将带你更好地领悟红外世界！中国区讲师是拥有6年+的技术培训生涯的孙裕（Neo）老师，他持有ITC一级和二级证书，理论和实操经验都非常丰富。学成技能满点，掌握红外世界ITC红外培训我们培训了很多学员，拥有丰富的经验，配备专业的支持人员、培训设备/应用实验室等。完成ITC红外培训后，你将获得以下技能：★ 提高解释热图的能力，利用测温数据的历史纪录做出趋势分析；★ 在创建红外检测报告时，学习使用最恰当的技术；★ 学会区分真正的热点和虚假的热点，以避免出现代价高昂的错误；★ 满足许多雇主和客户要求的认证、培训和质量标准；★ 结合热力学和红外电磁辐射的知识在各行各业中，更好地使用红外热像仪。考试合格颁证书，全能热像师诞生ITC红外培训为期五天的课程，其重点在实训阶段，简要介绍热成像的基本原理后，您即可进入实训阶段。课程包含各种练习，讲师对热图、草图和简要图标进行分析，以描述性的方式对理论部分进行阐述。实训部分的课程重点将放在红外测量技巧，以及发射率和反射表象温度对测量结果的影响上。我们会安排您对实际设备进行测量，您将了解到如何、何时使用定性和定量测量的热成像技术。培训完成后，将进行一场考试，考试内容分为单项选择题和热图分析题，合格即可获得ITC一级证书。本月ITC红外培训已确定成课将在10月17日-21日的上海举办国庆7天假期后菲粉们赶快调整时间和状态投入到学习工作中想要成为全能型热像师的小伙伴快来联系我们报名如果您有额外的红外培训需求只要学员数量满足15人并且与既定课程不冲突我们都可以安排专业导师开班授课哦

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读.期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献.借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！热重分析技术及其在高分子表征中的应用ThermogravimetricAnalysisTechnologyandItsApplicationinPolymerCharacterization作者：谢启源，陈丹丹，丁延伟*作者机构：中国科学技术大学，火灾科学国家重点实验室,合肥,230026 中国科学技术大学，合肥微尺度物质科学国家研究中心,合肥,230026　　作者简介：　　丁延伟，男，1975年生.博士、中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授级高级工程师.自2002年开始从事热分析与吸附技术的分析测试、实验方法研究等工作，现任中国化学会化学热力学与热分析专业委员会委员、全国教育装备标准化委员会化学分委会委员、中国分析测试协会青年学术委员会委员.曾获中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)二等奖，主持修订教育行业标准《热分析方法通则》(JY/T0589.1~4-2020)，以主要作者发表SCI论文30余篇，获授权专利7项.编著《热分析基础》《热分析实验方案设计与曲线解析概论》.　　　　摘要　　热重分析技术(TGA)是在程序控制温度和设定气氛下表征材料受热过程中的质量随温度或时间变化的高精度研究工具，具有重复性好、灵敏度高和热过程控制精准等优点.近年来，TGA技术在高分子材料领域得到了广泛应用，促进了高分子材料热稳定性、组成分析以及热分解机理等材料细观热响应特性的深入研究.本文分别从热重分析基本原理、仪器校准、实验方案设计、实验操作、热重曲线综合解析以及各环节中易出现的不当操作、异常数据与解决方案等方面进行阐述，并给出了在高分子科学研究领域中的典型应用案例、未来发展趋势及机遇与挑战.在实际的应用中，基于TGA与傅里叶红外光谱(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)、气相色谱-质谱联用(GC/MS)等技术的联用分析，将有利于进一步揭示高分子材料在不同气氛和热激励等条件下的详细热响应信息，为性能优异的新型高层分子材料研发与设计、热解机理及燃烧蔓延动力学等领域提供支撑和指导.　　AbstractThermogravimetricanalysistechnology(TGA)isanefficientresearchtoolthatcharacterizestheweightofmaterialswithtemperatureortimeunderaprogramcontrolledtemperatureandacertainatmosphere.OneofitsadvantagesisthattheTGAresultscanbewellrepeatedwithhighsensitivity.Inaddition,itsheatingprocessisaccuratelyandflexiblycontrolledaccordingtorealthermalenvironmentofsamples.Inrecentyears,TGAispopularlyusedinthefieldofpolymermaterials,whichpromotesthedetailedanalysesontheirthermalstability,compositionanalysisandthermaldecompositionmechanismetal.ThisreviewwillcovermanyaspectsofTGA,includingbasicprinciples,calibration,schemedesign,curveanalysis,aswellasthosecommonerrorsduringsamplepreparationandexperiments,abnormaldatafiguringandthesolutionforthem.Additionally,thetypicalapplicationcasesofTGAinpolymerscience,aswellastheiropportunityandchallengesinfuture,arealsopresented.IntheapplicationsofTGAtechnology,moreinformationaboutthethermal-responsebehaviorofpolymersunderdifferentatmosphereandheatingconditionscouldberevealedbyTGAcoupledwithFTIR,DSC,GC/MStechnology.Inthiscase,notonlytheweightinformationofsampleduringaspecificheatingcondition,butalsotheendothermicandexothermicbehaviors,releasedgascomponentsatthesametimecanbeanalyzedtogether.Theyarehelpfulfornewpolymerdesign,thermaldecompositionmechanismandflamespreadmodelsdevelopment.　　　关键词　　热重分析技术  曲线解析  热稳定性  热解机理  案例分析　　Keywords　　Thermogravimetricanalysistechnology  Curveanalysis  Thermalstability  Thermaldecompositionmechanism  Caseanalysis 　　1热重分析技术简介　　1.1热分析技术　　作为现代仪器分析方法的一个重要分支，热分析技术在许多领域中得到了广泛应用[1~3].经历一百余年发展，热分析法与色谱法、光谱法、质谱法、波谱法等一起，构成了物质理化性能分析的最常用手段[4].　　热分析技术是研究物质随温度变化而发生物理过程与化学反应的一种实验技术[4].该技术的主要理论基础包括：物质的平衡状态热力学、非平衡状态热力学、不可逆过程热力学和动力学等，针对微量样品，通过精确测定其宏观参数，如质量、热量、体积等随温度的变化关系，研究物质随温度变化而发生的物理和化学变化[4].　　我国于2008年5月发布国家标准《GB/T6425-2008热分析术语》[5]，其中，对热分析技术的定义为：“在程序控制温度(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术.”　　国际热分析与量热协会(InternationalConfederationforThermalAnalysisandCalorimetry，ICTAC)根据所测定的物理性质不同，将现有的热分析技术划分为9类17种[6].　　1.2热重分析技术的定义　　热重分析技术(thermogravimetry，TG)是指在程序控制温度和一定气氛下连续测量待测样品的质量与温度或时间变化关系的一种热分析技术，主要用于研究物质的分解、化合、脱水、吸附、脱附、升华、蒸发等伴有质量增减的热变化过程[4,5].基于TG法，可对物质进行定性分析、组分分析、热参数测定和动力学参数测定等，常用于新材料研发和质量控制领域.在实际的材料分析中，TG法也常与其他分析方法联用，进行综合热分析，从而全面、准确地分析材料的各项热性质.　　1.3热重分析的数学表达式　　根据定义，样品在热重分析过程的质量随温度或时间的变化，可用下式表示：(1)　　或(2)　　其中，式(1)多用于等温(或包含等温)条件下测得TG实验曲线，而式(2)则多用于非等温条件下的TG实验曲线.　　在实际表示中，为突出“测量”过程，常用重量(weight)来代替质量(mass).　　1.4微商热重法简介　　微商热重曲线(derivativethermogravimetriccurve，DTG曲线)是TG曲线进行一次微商的结果.因此，DTG曲线表征样品质量随温度或时间的变化速率，其峰值即为样品质量减小的最大速率.对于线性升温加热条件下的DTG曲线，其纵坐标单位一般是%/℃，表示温度升高1℃时，样品的相对质量变化.而对于等温实验，DTG曲线纵坐标单位一般是%/s.　　微商热重法的数学表达式为：(3)　　线性程序控制温度时，也可用下式表式(4)　　式中，β为实验中所采用的加热或降温速率，单位℃/min.　　如前所述，DTG曲线表征样品质量的变化速率，因此，为进一步分析样品质量变化的加速或减速特性，类似地，可对DTG曲线进行再次微商处理，得到二阶微商热重曲线，即DDTG曲线.目前大多数商品化仪器，DTG曲线可通过仪器自带的微商处理功能直接转换得到.与TG曲线相比，DTG曲线给出的样品质量随温度的变化速度信息，常常更直接反映了样品失重特性.图1给出了XLPE在10℃/min的加热速率下得到的TG曲线和DTG曲线，由图可见，随着温度的升高，XLPE在410~470℃温度区间急剧失重，交联聚乙烯在此温度区间迅速裂解，样品质量减少约95%，DTG曲线失重峰，对应于TG曲线的失重台阶，而由TG曲线，也可见样品受热失重后最终的残余质量.Fig.1TGandDTGcurvesofXLPEwiththeheatingrateof10℃/mininairatmosphere.　　　　1.5热重分析的优缺点　　1.5.1优点　　热重法针对微量样品进行实验，具有操作简便、可重复性强、精度高、响应灵敏快速等优点.热重法可准确测量物质在不同受热和气氛条件下的质量变化特征.例如：对于升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等质量可能发生变化的物理和化学过程，都可使用热重法进行检测与分析.此外，对于熔融、结晶和玻璃化转变等往往不形成质量变化的热过程，也可通过热重分析与其他热分析方法联用，给出所关注热行为所在温度区间的样品质量不变信息，从而支撑所针对热过程的热流分析.　　由于热重法所测结果可重复性强且精度高，基于热失重数据的动力学参数计算与分析，也更具可靠性.此外，热重法仅需微量样品.因此，针对不同的样品牌号、老化样品的不同区域，都可取样进行细致分析，可深入研究各产品间的细微差异，例如：产品在使用一段时间后的材料分相行为等.　　1.5.2缺点　　在实际应用中，热重法也存在着一定的局限性，主要包括两个方面：样品质量变化信息表征其复杂热行为的单一局限性、微量样品检测结果与工程尺度样品实际热响应性能的一致性.　　首先，对于复杂的材料受热响应性能，热重法主要针对样品在整个受热过程中所形成气相产物溢出而导致的质量减少特征，在不同温度区间或不同受热时刻的细致质量减少信息，是热重分析输出的关键数据.由于大多物理和化学过程往往都伴随着质量的变化，因此，样品的质量变化信息能够很大程度上表征各温度/时间区间的反应强度，然而，若需进一步确定其中详细的反应机理等信息，单凭热重数据往往并不完备.因此，可通过将热重技术与其他分析技术联用，综合分析材料的详细热响应行为.　　其次，如前所述，针对微量样品，热重分析可实现其测量结果及其后续计算分析的精确性与可靠性等优点.然而，也正因为所检测样品的微量特性，使其测量结果不一定与工程尺度样品实际热响应性能完全一致，甚至由于实际工程中的复杂传热传质耦合过程，使热重分析不宜简单、直接地进行应用.因此，一方面，进行热重分析时，应首先清晰掌握材料的实际工程应用背景，科学系统地制定热重实验方案，并进行多工况数据的综合分析，从而确保热重分析数据与实际工程应用场景的吻合与一致 另一方面，在条件具备时，基于热重分析结果，应进行一定的放大尺度条件下的实验研究，综合不同尺度条件下的测量结果，给出材料真实热响应性能.　　2热重分析仪及其工作原理　　2.1工作原理　　热重分析仪(thermogravimetricanalyzer)是在程序控制温度和一定气氛下，测量试样的质量随温度或时间连续变化关系的仪器.测量时，通常将装有试样的坩埚置于与质量测量装置相连的试样支持器中，在预先设定的程序控制温度和一定气氛下，进行实验测量与数据实时采集.　　热重分析仪的质量测量方式主要有2种：变位法和零位法[4].变位法是根据天平横梁倾斜的程度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检测该倾斜度，并自动记录所得到的质量变化信息.零位法是采用差动变压器法、光学法等技术测定天平梁的倾斜度，通过调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动抑制天平横梁的倾斜.由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，该力与线圈中的电流成比例，通过测量电流的变化，即可得到质量变化曲线.　　2.2仪器组成与结构形式　　热重分析仪主要由仪器主机(程序温度控制系统、炉体、支持器组件、气氛控制系统、样品温度测量系统、质量测量系统等)、仪器辅助设备(自动进样器、压力控制装置、光照、冷却装置等)、仪器控制和数据采集及处理模块组成.图2给出了热重分析仪的结构组成示意图.Fig.2SchematicoftypicalTGequipmentwiththesampleinaheatingfurnace,whosetemperatureiscontrolledwithaprogram.　　　　根据试样与天平刀线之间相对位置的不同，可将热重分析仪分为3类：下皿式、上皿式和水平式，其结构框图分别如图3~图5所示.Fig.3SchematicofTGequipmentwiththecrucibleatlowerpositionoftheverticalheatingfurnace.　　Fig.4SchematicofTGequipmentwiththecrucibleathigherpositionoftheverticalheatingfurnace.　　Fig.5SchematicofTGequipmentwiththehorizontal.　　　　由图3~图5可见，仪器质量检测单元的天平与常规分析天平不同.该类天平横梁的一端或两端置于气氛控制的加热炉中，可以连续记录试样质量随温度或时间的变化.温度变化通过加热炉进行程序控制，试样周围温度通常用热电偶实时测量.热天平和热电偶所测数据，由仪器内置软件进行记录与处理线.　　2.3基于热重分析的联用技术简介　　如前所述，热重分析仪自身存在一定局限性，通常可将其与其他分析技术联用，从而对样品热响应行为进行全面分析.常用联用技术如下所述[4].　　(1)同时联用技术.是指在程序控温和一定气氛下，对一个试样同时采用2种或多种热分析技术.主要包括：热重-示差扫描量热联用(TG-DSC)和热重-差热联用(TG-DTA)，它们通常统称为同步热分析技术，简称STA.　　(2)串接联用技术.是指在程序控温和一定气氛下，对一个试样采用2种或多种热分析技术，后一种分析仪器与前一种分析仪器进行串接.常用可串接联用技术包括：红外光谱技术(IR)、质谱技术(MS)、气相色谱技术(GC)等.此外，对于串接联用技术，可采用2种联用模式，连续串接和间歇串接模式.前者模式下，各联用技术均连续采样分析 而后种模式下，最后一级串接仪器进行间歇式采样与分析.　　2.4仪器校准与状态评价　　2.4.1仪器的校准　　为了确保仪器工作正常和数据准确，在热重分析仪正式投入使用之前和使用期间，需分别对仪器的温度和质量测量器件进行校正.由于不同热重分析仪结构类型的差异，其校准方法存在着一定差别.　　2.4.2温度校正　　温度校正(temperaturecorrection)是用已知转变温度的标准物质确定仪器的测量值(Tm)和真实值(Ttr)之间关系的操作过程.通过温度校正，可得到以下关系式：(5)　　其中，ΔTcorr为温度校正值.　　通过温度校正，可以消除仪器的温度测量值与真实值之间的差别.例如：当使用熔融温度为156.6℃的金属In进行温度校正时，若所测熔融温度为154.1℃，则(6)　　因此，在温度校正时，测量值应增加2.5℃.　　进行仪器温度校正后，通常，还应在相同的实验条件下，使用标准物质进行重复实验，验证测量值与真实值之间的偏离程度.　　在实际应用中，当温度范围较宽时，通常需要使用具有不同特征温度的系列标准物质，进行多点温度校正.在实际校正时，可在仪器的校正软件中分别输入相应测量值，由仪器软件生成相应的校正曲线.　　对于大多商品化热重分析仪，常用的温度校正方法主要包括以下几种：　　(1)居里点法.居里点法是在磁场的作用下，将铁磁性标准物质加热到某一温度时，其磁性很快完全消失而引起质量变化的原理来对温度进行校正的方法[7,8].磁性消失时所对应的温度通常称之为铁磁性材料的居里温度(Tc).居里温度只与材料的组分有关.　　通常使用具有确定居里温度值的纯金属或合金作为标准物质，该温度校正过程实质上为磁性温度的测量[9].图6为使用几种磁性标准物质进行校准时得到的TG和DTG曲线.此外，通过该方法可以在单次实验中测量多个磁性样品的转变过程.Fig.6TGandDTGcurvesofseveralmagneticmaterialsfortemperaturecalibrationofTGequipmentwiththeheatingrateof10℃/mininN2atmosphere.　　　　(2)吊丝熔断法.吊丝熔断法通过将熔点已知的纯金属细丝固定悬挂在样品支撑系统附近位置，当温度升高至其熔点时，该金属丝发生熔化并从其支撑件滴落[10,11].通过确定在已知温度熔融而引起的表观质量变化对应的温度，从而校准仪器温度.　　(3)特征分解温度法.特征分解温度法是通过结构已知物质的初始分解温度来进行仪器温度校正[12].此处所指的初始分解温度为失重速率达到某一预定值之前的试样温度.标准物质应具有以下特性：在温度达到其特征分解值前具有足够的稳定性 特征分解温度具有重现性 不同来源得到的同种标准物质，其初始分解温度差异较小.　　当采用热重分析仪与差热分析或示差扫描量热技术进行联用时，也可利用试样在实验过程中随温度变化而引起的熔融、晶型转变等过程产生的特征热效应，对仪器进行温度校正[13~15].例如：通过一些具有可逆“固↔固”转变或“固↔液”转变过程的物质来进行温度校正.　　2.4.3质量校正　　常用的质量校正方法主要包括2种：静态质量校正和动态质量校正.　　(1)静态质量校正法.在某一个设定的温度和气氛下，通过对已知质量为m0的砝码进行称重测量，确定测量值mi与m0之间的差值∆mc，即：(7)　　在仪器的软件中分别输入mi与m0的数值，在之后的测量中，软件将自动扣除质量差∆mc.　　(2)动态质量校正法.在实验过程中，质量基线可能随温度发生一定的漂移.质量基线是在不加任何样品的条件下得到的，理论上，该质量在不同的温度下应始终保持为0.为了使得到的质量更接近真实值，通常采用扣除空白基线法和用已知质量的砝码进行动态质量校正方法对不同温度下的质量进行整体校正.　　在完成以上质量校正后，可用已知分解过程的标准物质，例如：高纯碳酸钙或一水合草酸钙样品，对校正结果进行验证，评价校正结果是否合理.　　2.4.4仪器状态评价　　仪器在长时间工作过程中，可能出现一些不易被察觉的状态变化，在这种“亚健康”状态下，所测得异常数据一般不易察觉，此时，实验数据的准确性和重复性往往明显较差.由于不同操作人员对仪器状态是否异常的判断标准不同，从而导致采取的措施之间也存在差异，进而对实验结果带来不同程度的影响.　　在分别对热重分析仪的温度和质量进行校正之后，还需要按照相应的检定规程或者校准规范等的要求，对校正结果进行评价，以确认仪器的工作状态是否可以满足实验的要求.　　1997年，原国家教委于发布了《JJG(教委)014-1996热分析仪检定规程》[16]，其中对于新安装、使用中和修理后的热重分析仪(TG)等仪器的检定做了规范.此外，原国家质量监督检验检疫总局分别于2017年和2002年发布了热重分析仪检定规程《JJG1135-2017热重分析仪检定规程》[17]和《JJG936-2002示差扫描热量计检定规程》[18].　　3热重分析实验方案设计　　3.1实验方案设计的重要性　　热重实验方案设计决定着实验成败.如前所述，热重仪具有多种结构形式，在实际应用中应首先根据实验需求，选择结构形式合适的热重仪[19].例如：当需要研究易氧化试样在惰性气氛下的热行为时，应选择具有较好密封性的热重仪.此外，对于一些重量变化不明显的过程，在选择仪器时，应考虑仪器的天平质量测量灵敏度和量程.　　在选定合适的热重分析仪后，还需要选择合适的实验条件，主要包括以下几个方面：试样状态(粉末、薄膜、颗粒、块体等)、试样用量、试样容器的材质和形状、实验温度范围及控制方式、实验气氛的种类和流速，以及其他条件，包括湿度控制、光照等.　　此外，在实验过程中所用试样的来源、前处理方式、试样容器以及实验所用仪器自身的差异等，也可能对最终的实验结果带来影响.如果忽视这些影响因素，往往很难得到较好的热分析实验结果，甚至可能得到错误的实验结论.　　3.2实验方案设计的主要内容　　3.2.1热重分析仪的选择　　选择合适的热重分析仪是确定热分析实验方案的第一步.在进行实验之前，应根据实验目的和样品信息，选择合适的热重分析仪.这里所指的热重分析仪，不仅仅局限于独立式热重分析仪，还包括与热重分析仪联用的热重-差热分析仪、热重-示差扫描量热仪、热重/红外光谱联用仪、热重/质谱联用仪、热重/气相色谱/质谱联用仪等形式的热分析联用仪.　　在实际应用中，对于下皿式、上皿式和水平式等不同结构形式的热重仪，其性能参数(如灵敏度、控温精度等)、气氛气体的流动方式、实验温度范围、温度变化速率范围等存在一定的差异.此外，有时需要根据特殊的实验目的，在真空、高压、还原气氛、强氧化气氛、腐蚀性气氛、蒸汽等特殊条件下进行实验，此时，更应关注所选热重仪是否满足实验要求.　　如前所述，在一些应用中，除了需要得到样品在加热过程中的质量信息之外，还需测量其中的热效应、生成气体种类和含量等，此时，则应采用与热重分析仪联用的相关仪器.　　关于商品化热重分析仪的选用，经过近几十年的发展，当前，国外主流仪器厂商如德国Netzsch、美国TA、美国PerkinElmer、瑞士MettlerToledo等均生产有适用不同温度范围的热重分析仪和TG-DSC同步热分析仪，各型号仪器的灵敏度与可重复等性能都可满足聚合材料的常规性能测试要求，且大多均可配置自动进样器等辅助配件，提高仪器工作效率.此外，上述仪器厂商所产热重分析仪可与红外光谱仪、气相色谱仪、质谱仪中的一种或者多种进行联用，对逸出气体组分等进行综合测量.各仪器厂商的联用技术与方式存在一定差异，以满足不同的领域需求.不同型号仪器的联用技术也各有优势，应根据实际需求，合理选用.其中，德国Netzsch公司的多级热分析联用仪可实现热重分析仪与红外光谱仪、质谱、气质联用仪的联用，可以分别实现红外光谱仪与质谱、气质联用仪串接式联用和并联式联用的连接形式 瑞士MettlerToledo公司的热重分析/红外光谱/气质联用仪可实现多段气体的采集与分析功能 美国PerkinElmer公司的热重分析/红外光谱/气质联用仪可以通过八通阀的灵活切换，实现在线分析和分离分析等多模式实验测量.　　3.2.2实验操作条件的选择　　由热重实验得到的曲线受操作条件的影响十分显著，在应用中，应针对影响热重曲线的因素，选择合适的操作条件.主要包括：试样状态、实验气氛、温度控制程序、实验容器或支架、环境特殊实验条件、采集软件参数等.　　(1)试样量/试样形状的选择.由于热重分析仪器的种类、结构形式以及实验条件等因素的差异，不同的热分析仪器对试样量或试样形状的要求差别较大.　　通常情况下，热重实验的样品用量为坩埚体积的1/3~1/2.对于密度较大的无机样品，试样质量一般为10~20mg 对于在实验过程中不发生熔融的样品，在确保仪器安全的前提下，可适当加大试样量.热分析串接联用的仪器对试样的要求，与该类热分析仪对试样的要求相同.　　在实际应用中，大多数热重实验对样品状态没有严格的要求，液态、块状、粉状、晶态、非晶态等形式均可以进行热重实验.实验前，可以不进行专门的处理，直接进行测试.对于较潮湿的样品，一般在实验前需进行干燥处理，以避免因溶剂或吸潮而引起曲线失真.　　此外，实验时，所用试样的粒度及形状也可能影响所得热分析曲线的形状.试样粒径的不同，往往引起气体产物扩散变化，导致气体的逸出速率变化，从而引起曲线形状的变化.一般情况下，试样的粒径越小，反应速率越快，对应曲线的起始分解温度和终止分解温度也降低，同时，反应区间变窄，分解反应也越彻底.　　(2)实验气氛的选择.在热重实验中可选择的气氛通常为静态(真空、高压、自然气氛)或动态气氛(氧化性气氛、还原性气氛、惰性气氛、反应性气氛)，实验时，应根据需要，选择合适的实验气氛和流速.实验气氛的流速一般不宜过大，过大的流速往往导致较轻试样来不及发生完全分解而被气流带离测量体系，从而影响热分析曲线的形状.另一方面，过低的流速也不利于分解产物及时排出，往往使分解温度升高，严重时可能影响反应机理.　　在选择实验气氛时，应明确实验气氛在实验过程中的作用，这里给出几种常用选择原则：如果仅是通过气氛使炉内温度保持均匀、及时将实验过程中产生的气体产物带离实验体系，通常选用惰性气氛 如果需要研究试样在特定气氛下的行为时，应选择特定的实验气氛，此时的气氛的作用可以是惰性气氛，也可以是反应性气氛 当需要研究试样在自然气氛下的热行为时，样品室无需通入气氛气体，将流速设为0或者关闭气体开关，此时，若试样发生分解，可能污染检测器 对于相邻的2个过程，可通过改变实验气氛，实现相邻过程的有效分离 对于含有复合材料或含有有机物的混合物，可根据各组分在不同温度范围发生的热分解过程，确定热稳定性不同的组分的含量 当使用反应性气氛时，应充分评估气氛对仪器关键部件的安全性，某些反应性气氛如H2、纯氧等在高温下可能与仪器的关键部件发生反应，对仪器造成不可逆的损害.　　(3)温度控制程序的选择.在热重实验中，所采用的温度控制程序主要包括加热、降温、等温以及这些方式的组合等形式，其中，主要包括温度扫描速度和温度范围的确定.　　对于温度扫描速率，若采用线性加热或降温过程，采用较快的加热速率，可有效提高仪器的灵敏度，然而可能导致分辨率下降，从而使相邻的过程较难分离.一般情况下，在实际应用中，应综合考虑转变的性质和仪器的灵敏度，综合选择一个合适的温度扫描速率.对于热重实验，最常用的温度扫描速率为10℃/min.　　对于温度范围，应根据样品的性质和实验目的，进行合适选择.大多热重实验从室温开始进行，最高温度基于实验中可观察到所关注变化过程进行设定.对于热稳定性较低的物质，最高实验温度以覆盖物质的分解过程即可，不设为仪器可达最高温度.　　在进行等温实验时，从开始温度达到设定温度所需的时间越短越好，即热惯性越小越好，以避免所关注的变化在达到设定温度的过程中已经发生.　　(4)实验容器或支持器的选择.对于热重分析仪，其测试对象主要呈粉末状，通常用坩埚盛装样品.无论是坩埚还是支架，在实验过程中均不能与试样发生任何反应.　　一般来说，用于热重实验的坩埚主要有敞开式和密封式2类.常用坩埚的材质有铝、石墨、金、白金、银、陶瓷和不锈钢等，实验时，应根据样品的状态、性质和测量目的合理地选择坩埚的形状和材质.　　对于剧烈分解的样品，在热重实验中，应尽量减少试样用量，且应多使用浅皿坩埚.同时，应增大气氛气体的流速，从而及时带离分解产物.当使用敞口坩埚时，若出现迸溅现象而使试样未完全分解却被带出坩埚的情形，可通过坩埚加盖扎孔的方法解决.即，在盖子中心位置扎一个圆形小孔，以便实验过程中产生的气体及时逸出.与不加盖时的结果相比，由加盖坩埚所得热分析曲线形状往往明显变化，相应特征温度也升高.　　在选择坩埚材质时，还应考虑坩埚需承受的最高温度及其惰性特征，例如：铝坩埚的最高使用温度不超过600℃.如需进行更高温度实验，可选用金坩埚或铂坩埚.而分解反应的热重实验一般不用铝坩埚，常用氧化铝、陶瓷、铂、铜、不锈钢等材质.由于铂对棉纤维、聚丙烯腈等物质反应具有催化作用，因此，若样品中含磷、硫和卤素，则不可用铂坩埚.此外，陶瓷类坩埚通常不适用于碱性物质、含氟聚合物及硅化合物的热重实验.　　(5)环境特殊实验条件的选择.进行热重实验时，有时还需根据实验目的和样品种类，选择是否需要控制环境湿度、磁场、电场、光照等条件.　　在实际应用中，应结合具体的实验目的，判断所使用的热分析仪能否满足实验要求的特殊条件，仪器通常以附件的形式来实现上述的特殊实验条件.　　(6)数据采集频率的设置.通常情况下，1数据点/s的采集频率足以准确记录试样质量变化信息.对于一些非常快的变化过程，仪器默认的数据采集频率无法实时记录下该过程中的变化信息，此时，应增大采集频率.而对于耗时较长的等温实验或较低加热速率的实验，则不宜使用1数据点/s的采集频率，应降低数据采集频率.　　4热重实验过程　　4.1样品准备　　理论上，一切非气态的试样都可以直接通过热重实验，测量其质量在一定气氛和程序控制温度下随温度或时间的连续变化过程.待测样品，应根据实验目的，进行合理制样或取样，并标明相应信息.由于热重实验所需样品量极少，应避免样品局部取样和混合不均等问题.此外，由于由不同状态的试样所得热重曲线的差别往往较大，因此，选择合适的试样状态对能否得到合理的实验结果十分关键.一般来说，不同状态的试样需做一些相应的处理才可用于热重实验.　　4.2实验测试　　在完成样品准备和实验条件选择之后，即可开始进行热重实验测量.整个测量过程主要包括：仪器准备、样品制备、设定实验条件和样品信息、开始实验等过程[4].　　4.2.1仪器准备　　若实验室供电正常，热重实验仪一般24h开机，当重新开机时，应开起仪器使其至少预热平衡30min.若仪器虽在正常使用中，调整了气氛气体，也应使仪器在调整后气氛条件下，平衡至少30min，以使炉内气体浓度保持一致.　　在仪器处于平衡稳定的状态下，正式开始实验前，还应对实验中使用的坩埚进行质量扣除，即，“清零”操作，具体做法如下：　　(a)将一个洁净的空坩埚置于样品支架或吊篮上，若热重仪为水平式或上皿式，应在参比支架上放置一个质量相近的同类型坩埚.关上加热炉，使天平所测质量几乎不变，几分钟后，按下面板上或仪器控制软件中的“清零”按钮.完成这一操作后，若显示的质量变化很小，则表明实验中所用的坩埚的空白质量已经扣除，装入试样后，软件显示的质量即为试样绝对质量.　　在热重实验过程中，若坩埚需使用扎孔上盖或坩埚内需加稀释剂，则坩埚盖或所加稀释剂质量也应扣除.　　(b)打开加热炉，将坩埚取下，用于盛装待测实验样品.对于配置自动进样器的热重仪，可集中对多个空白坩埚依次进行清零操作，软件将对自动进样器中各编号坩埚清零过程中的质量差异进行分别记录，使用时，应避免混淆坩埚顺序.　　4.2.2制样　　将待实验的试样放入已扣除空白质量坩埚中，试样量一般不应超过坩埚体积的1/3~1/2.对于含能材料等在高温下易剧烈分解或可熔融样品，试样用量能覆盖坩埚底部即可.对于易剧烈分解样品，也可使用较大尺寸坩埚或加入稀释剂的方法，减少试样热分解过程对支架或吊篮的损害.　　对于组成不同、结构相近的系列试样，为消除试样量对实验曲线的影响，同一系列实验中，各次试样用量应相近.　　将适量试样加入至坩埚后，可用镊子夹住坩埚在桌面上轻敲几次，使试样均匀分布于坩埚底部.对于易挥发、不稳定的液体黏稠试样或易吸潮的粉末试样，应尽快加载和摇匀坩埚内试样，减少试样在空气中的变化.　　之后，打开加热炉，用镊子将坩埚置于热重仪的吊篮或支架上，并及时关上加热炉腔体，待试样信息设置完毕和样品质量读数稳定后，即可开始实验.　　对于一些较易挥发的液体试样，在天平清零操作后，应提前在控制软件中设定相应信息，从而缩短实验开始前的等待时间.　　4.2.3设定试样信息和实验条件等信息　　目前的商品化热重仪都配有相应的控制软件和数据分析软件，不同厂家的仪器的软件界面各不相同，但在软件中需输入的试样信息和实验条件等大多相似.在软件中所输入的信息，可在后期的数据分析过程中查看.　　在正式实验开始前，控制软件中应输入的信息主要有：　　(1)样品信息.包括样品名称、编号、送样人、实验人、批次、文件名等.目前大多数热重仪软件不支持中文输入，建议多用英文字母和数字，尽量避免使用“%、?、/”以及汉字等字符.　　当使用自动进样器时，除以上信息外，还应输入坩埚所对应的位置序号.　　(2)实验条件信息.主要包括试样质量、温度程序信息、坩埚参数、气氛种类及流速以及数据采集频率等其他信息.　　4.2.4运行实验测量　　信息输入后，待试样质量稳定，即可按下控制软件中的“开始”按钮开始实验，加热炉即按设定温度控制程序对试样进行加热、降温、等温等操作，数据将自动保存.实验结束后，包括试样参数、实验程序、实验数据等信息将各自单独生成文件，供后续数据分析与处理所用.　　由于热重仪天平的灵敏度较高，实验过程中，工作台附近不可出现较大的振动，加热炉出口区域也不应有较大气流波动.　　5热重实验曲线解析　　5.1曲线解析概述　　热重曲线解析是热重实验过程的重要环节，是获得所测式样热响应特性的关键步骤，曲线解析主要包括以下几个步骤[19]：实验数据导入与基本分析、运用作图软件进一步分析、热重曲线描述、热重曲线初步解析、热重曲线综合解析以及实验报告或科研论文撰写.　　5.2在仪器分析软件中的基本数据处理　　5.2.1仪器分析软件中实验数据的导入　　各组热重实验完成后，在仪器附带的数据分析软件中，可导入数据文件并进行数据处理与分析，不同厂商的数据文件的格式可能存在一定的差异，但都可转化输出为Excel等通用软件可读格式文件，以便于后续数据处理与分析.　　5.2.2仪器分析软件中的基本作图　　为了便于分析，首先可在软件中对测得的热重曲线的纵坐标进行归一化处理，将纵坐标由绝对质量换算为相对质量.对于仅含一个线性加热程序的热重实验，热重曲线常以温度为横坐标.对于温度程序中含有一个或多个等温段的实验，则其横坐标常用时间，此时，在图中也可作出“温度-时间”曲线，以显示各时刻温度.　　5.2.3仪器分析软件中的曲线数学处理　　在仪器附带的数据分析软件中打开数据文件并进行基本作图之后，也可直接对数据进行换算、求导、积分、平滑等进一步的数学处理.　　5.2.4仪器分析软件中确定曲线的特征物理量　　热重曲线中质量变化反映了试样性质随温度的变化特性，对于一个变化过程，一般用温度和质量同时描述.常用的特征温度主要包括初始温度(initialtemperature，一般用Ti表示)、外推起始温度(extrapolatedonsettemperature，Tonset)、终止温度(finaltemperature，Tf)、外推终止分解温度(extrapolatedendtemperature，Tendset)、n%分解温度(n%temperature，Tn%)和最快质量变化温度(DTG峰值温度，peaktemperature，Tp)，直接使用分析软件，即可在图种标出上述特征温度.　　图7给出了热重曲线中各特征温度的位置示意图，具体确定方法如下所述：Fig.7CharacteristictemperaturesinTGcurves(PointA:Initialtemperatureaccordingtoacertainmassloss PointB:Initialtemperatureaccordingtoacertainmasslossrate PointC:Extrapolatedonsettemperature PointD:Extrapolatedendtemperature PointE:Initialtemperatureaccordingtotheintersectionpointofaspecificlineandthebasetemperatures PointF:Endtemperatureaccordingtotheintersectionpointofaspecificlineandthebasetemperatures PointG:Temperatureforthemaximummasslossrate).　　　　(1)以失重数值达到最终失重量的某一百分数时的温度值作为反应起始温度(Ti，图7中A点) 此外，n%反应温度为质量减少n%时的温度，可直接由热重曲线标出(Tn%)，常用的n%分解温度主要有0%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、50%时的Tn%，其中，0%分解温度特指试样保持质量不变的最高温度.　　(2)以质量变化速率达到某一特定数值时的温度作为反应起始温度(Ti，图7中B点).　　(3)以反应到达到某一特征点(如：热重曲线斜率最大)时热重曲线的切线与平台延伸线交点所对应的温度作为“外推反应起始温度”(Ti，图7中C点)和“外推反应终止温度”(Tf，图7中D点) 与Ti和Tf相比，Tonset和Tendset受人为主观判断的主影响较小，常用来表示试样的特征分解温度，而Ti和Tf则常用来表示质量变化范围的起止温度.　　(4)以反应达到热重曲线上某2个预定点的连线与平台延伸线交点所对应的温度作为反应的起始温度(Ti，图7中E点)和反应终止温度(Tf，图7中F点).　　(5)由微商热重曲线中得到的最快质量变化温度也称最大速率温度或微商热重峰值温度(Tp)，是指质量变化速率最大的温度(图7中G点)，可直接由微商热重曲线的峰值获得，Tp对应是最大质量变化速率，常用(dm/dt)p表示.　　在实际应用中，何种方法所确定的初始温度等特征值，往往都存在一定的特殊性和局限性.如图7所示，常用C点外推起始温度或A点预定质量变化百分比(通常为5%)温度来表征物质的热稳定性.　　5.2.5专业绘图软件的绘图与处理　　当前，大多商品化仪器所附带的数据分析软件都可进行多条曲线的对比分析，也可在软件中直接进行曲线上下移动和线型颜色等编辑.然而，为进行更专业和细致的数据分析与对比，往往将数据转化输出为Text、Excel等通用格式文件，从而采用Origin、Matlab、Tecplot等专业作图软件进行分析，尤其是对多工况、多样品复杂系列实验测量结果的综合分析，即可给出静态的2D和3D图，也可根据实验研究目标，重构特征参数的时空演化动态视频，以满足实验报告、科研论文以及现场交流视频等需要.　　5.3热重曲线的解析　　5.3.1热重曲线的初步解析　　热重曲线的初步解析主要包括如下几点.　　(1)结合样品信息解释曲线中发生的变化.曲线中各典型温度区间或时刻所发生变化与样品结构、成分、处理工艺等信息密切相关.　　(2)结合实验条件信息解释曲线中发生的变化.实验时采用的实验条件对热重曲线的影响较大，应结合实验所采用温度控制程序、气氛等信息，初步解释热重曲线主要特征形成的主要原因.　　5.3.2热重曲线的综合解析　　进行材料热响应特性研究时，采用多种实验测试方法进行综合分析，有利于更加客观、全面地揭示其中的本质特性及其影响机制.综合解析主要包括如下几个方面.　　(1)通过多种分析技术与热重曲线进行互补与验证分析.例如：通过热重曲线可以得到一定范围内的质量变化信息，对于结构较复杂的物质而言，仅通过热重曲线较难准确获得在实验过程中的结构变化信息.通常利用与热重仪联用的红外光谱、质谱和气相色谱/质联用技术，综合分析在质量减少过程中产生的气体产物信息，从而获得实验过程中样品结构变化特征.　　(2)通过外推法对热重曲线进行分析.由于热重曲线大多是在动态温度条件下测得，对应特征量为非热平衡状态的测量值.因此，可进行不同温度扫描速率条件下的系列热重曲线分析，将所得系列特征转变温度对温度变化速率进行数据拟合，并进行0温度变化速率条件下的外推，获得准平衡状态下的特征值.　　6在高分子科学中的应用进展　　由于可准确地测量物质受热过程中的质量变化及其变化速率，热重法在高分子科学中得到了广泛应用，对于升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等物理和化学过程，都可进行定量检测.近年来，主要应用包括以下几个方面.　　6.1聚合物中添加剂的影响　　高分子聚合物中添加各类改性物质，是高分子材料设计与性能提升的重要研究方向.聚合物中各添加剂含量的测定，是其性能分析与配方设计的关键环节，根据各物质热稳定性差异，可由TG曲线确定添加剂的含量[20~24].　　Dorez等[25]基于TG方法，研究了聚磷酸铵(APP)、磷酸二氢铵(DAP)和磷酸(PA)3种阻燃添加剂分别对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/亚麻纤维(Tfl)复合高分子材料热解性能的影响.图8给出了不同阻燃添加剂条件下的复合高分子聚合物TG曲线和DTG曲线，可见，其热解过程主要分2个阶段.对于不含阻燃添加剂的PBS+Tfl，样品被加热到约370℃时，其TG曲线有一个与亚麻纤维热解对应的肩形失重，而由图8(b)所示的DTG曲线可见，PBS热解主峰在400℃位置.在该复合高分子材料中添加3%质量的APP、DAP和PA后，其热解行为主要呈现2个显著变化.首先，材料的初始热解温度更低，由图8(b)所示的各DTG曲线可见，添加APP、DAP和PA的PBS+Tfl复合高分子材料分别在277、309和259℃出现第一个热解峰，这些热解峰比亚麻热解峰更早.因此，亚麻纤维热稳定性的降低，主要归因于所添加阻燃剂分解产生的磷酸对纤维素的磷酸化作用，该反应改变了纤维素的热解路径，从而有利于亚麻脱水，并形成含碳残留物.此外，PBS+Tfl原复合高分子材料的Res600为7.0%，而添加了APP和PA的材料的Res600为11.7%，可见，阻燃添加剂的加入，使得样品热解后的残留物显著增多.其次，PBS+Tfl原复合高分子材料的DTG峰值温度为400℃，而添加阻燃剂后的DTG峰值温度范围为375~380℃，即，主要热解温度区间降低，主要归因于PBS的热水解反应.Fig.8TG(a)andDTG(b)curvesofPBS+TflandFPBS+Tflwith3wt%variedphosphorousadditives(APP:AmmoniumPolyphosphate DAP:Dihydrogenammoniumphosphate PA:Phosphoricacid)(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[25] Copyright(2014)Elsevierpress).　　　　6.2混合物中各组分含量分析　　为增强高分子材料的强度、硬度及阻燃等性能，实际使用的高分子聚合物材料中常常包含各类无机和有机组分，TG法也常用于分析确定复合材料和天然高聚物中各组分含量分析[26~28].　　Rego等[28]针对9种树木样品，采用热重分析法，基于纤维素、半纤维素、木质素和水分4组分模型，通过高斯方程优化拟合，给出了各树木样品的组成，如表1所示.Table1Lignocellulosicscontents(%mass,drybasis)inthesamplesofpoplargenotypes(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[28] Copyright(2019)Elsevierpress).　　图9给出了其中一种木材样品(grimmingegenotype)的曲线拟合结果，如图所示，通过4组分热重曲线的叠加包络曲线，与实验测量的样品热重曲线吻合度高.　　Fig.9ExperimentalanddeconvolutedDTGprofileforGrimmingegenotype.Curvesoffourcomponents(water,hemicellulose,celluloseandlignin)andthecombinedoneareshownforcomparisonwiththeexperimentalresults.(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[28] Copyright(2019)Elsevierpress).　　　　图10为氧化石墨烯(GO)和聚丙烯/氧化石墨烯/四氧化三铁(PAA/GO/Fe3O4)纳米复合材料的TG曲线[29].由图可见，对于GO样品而言，由于样品中含氧官能团的分解，TG曲线在250~350℃范围内出现明显了的重量损失.另外，在425~625℃温度范围的质量损失是GO在空气中碳的燃烧引起的.因此，在水溶性的PAA/GO/Fe3O4纳米复合材料的热重曲线中：(1)在50~150℃范围的重量损失是在样品表面物理吸附的残余水引起的 (2)在150~250℃温度范围的重量损失是在合成时加入的有机溶剂和表面活性剂引起的 (3)在350~500℃之间的重量损失是PAA的氧化分解引起的 (4)500~630℃之间的重量损失是GO在空气中碳的燃烧引起的 (5)630℃以上，在实验的温度范围内，质量没有发生明显的变化.Fig.10TGcurvesoftheGO(a)andPAA/GO/Fe3O4(b)nanocomposites(GO:Grapheneoxide PAA:Polyacrylicacid).ForGO,aweightlossfrom250-350℃isascribedtothedecompositionofoxygen-containinggroupsofGO.Theothermasslossfrom425℃to625℃isattributedtotheburningofcarboninGO.ForPAA/GO/Fe3O4,thelossstepover50-150℃mightbeduetothelossofresidualwateradsorbedphysicallyinthesample.Theweightlossaround350-500℃wasduetotheburningofPAA.Theweightlossoverthetemperaturerangeof150-250℃isattributedtotheresidualorganiccompoundsinthesample.(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[29] Copyright(2013)TheRoyalsocietyofChemistry).　　　　综合以上分析，由TG曲线可以确定，在PAA/GO/Fe3O4纳米复合材料中PAA:GO:Fe3O4的重量比是1:1:3.基于PAA/GO/Fe3O4纳米复合物的重量和PAA的平均分子量分析，可以估算得到每2个PAA分子连接一个纳米颗粒.　　6.3TG-FTIR联用分析案例　　Plassauer等[30]针对聚氨酯丙烯酸酯(PUA)和添加了磷酸酯聚氨酯丙烯酸酯(PUA-FR)，采用TG-FTIR联用技术，研究了其热解特性.图11中给出了2种样品的TG-DTG曲线，同时，可见，PUA的热解过程主要分为4个阶段，各阶段质量损失分别为4.3%、24.4%、15.9%和52.8%.此外，图12中给出了PUA和PUA-FR在典型温度下的热解产物FTIR吸收光谱.　　Fig.11TG(solidlines)andDTGcurves(brokenlines)ofPUAandPUA-FRunderpyrolyticconditionswiththeheatingrateof10℃/mininN2atmosphere.PUA:polyurethaneacrylate PUA-FR:flame-retardantPUAtreatedwithtris(1-chloro-2-propyl)phosphate(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[30] Copyright(2021)Elsevier).　　　　Fig.12(A)FTIRspectraofvolatilecomponentsandgaseousdecompositionproductsofPUAobtainedatdifferentpyrolysistemperatures:(a)200℃,(b)290℃,(c)350℃,(d)470℃ (B)FTIRspectraofvolatilecomponentsandgaseousdecompositionproductsofPUA-FRobtainedatdifferentpyrolysistemperatures:(a)290℃ (b)350℃ (c)450℃ (d)510℃(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[30] Copyright(2021)Elsevier).　　　　综合其热解失重曲线和热解产物吸收光谱图，可见，第一阶段(135~200℃)，主要是PUA中PMMA-PHEMA段的初始热解，然而，样品中残留溶剂的蒸发量更大，成为该阶段主要生成物.　　在第二阶段(266~310℃)，聚丙烯酸酯主链的随机断链更为显著，形成的丙烯酸酯单体是该阶段PMMA-PHEMA段分解的主要产物.　　第三阶段(348~385℃)，生成了较多的二氧化碳，表明MMA/HEMA单体的分解可能与丙烯酸酯的自由基脱羧有关.对于PUA-FR样品，由于TCPP对聚丙烯酸酯具有中断其释放自由基的作用，因此抑制了该阶段的热解反应，同时由于生成了具有更高热稳定性的含碳产物和聚磷酸盐，并通过酯侧链的脱羧释放出二氧化碳，从而达到阻燃效果.　　第四阶段(456~506℃)，发生了HDI异氰尿酸盐和少量含羟基部分的快速释放，可见该阶段主要发生氨基甲酸酯键的解离，而从PUA的气体分解产物红外数据，可进一步看出由于氨基甲酸酯键的脱羧和相关尿素的分解，形成了氨基己基异氰尿酸盐.此外，对气体和固体分解产物的红外光谱分析表明，当温度超过400℃时，异氰尿酸盐分解为三聚氰酸和异氰酸.　　6.4TG-DSC/MS联用分析案例　　Mas等[31]针对二氨基顺丁烯二腈(DAMN)，通过TG/DSC-MS联用，研究了DAMN的热解特性，图13给出了氩惰性气氛和20℃/min的升温速率条件下的TG、DSC和MS实验曲线.Fig.13(a)TG,(b)DTGandDSCcurvesand(c)temperature-dependentioniccurrentvariationoftheDAMNattheheatingrateof20℃/mininargonatmosphere.DAMN:Diaminomaleonitrile(ReprintedwithpermissionfromRef.[31] Copyright(2021)Elsevier).　　　　由图13(a)可见，样品受热升温至300℃时，质量损失18%，在温度升高至其熔融转变温度(约180℃)时，DAMN已经开始热解.由图13(b)中的DTG曲线可见，该曲线反映了若干个互有重叠的分解反应，针对DTG曲线的进一步分析表明，其中包含多个DTG峰值的叠加.通过反卷积法，对叠加包络曲线进行分离处理，结果表明，该DTG曲线至少包含2个同步反应.　　进一步的耦合峰值反卷积法分析表明，曲线包含3个高斯峰值，其中，如图13(b)可见，前2个峰值较低，而在较高的温度215℃处，有显著更大的另一个峰值.此外，由图13(b)中的DSC曲线可见，在由于材料熔融相变引起的第1个吸热峰位置，存在明显的少量质量损失.　　图13(c)给出了DAMN热解反应中的主要气体产物的质谱曲线，其中，由图中所示的m/z=27(HCN+)碎片吸收峰值所在温度可见，脱氢氰酸化反应主要发生于上述热失重曲线的后期，而16(NH2+)、17(NH3+)和18(NH4+)碎片的变化过程，反映的是热过程中的脱氨和脱质子反应.　　上述4个碎片的离子电流随温度的变化分布曲线表明，它们在195~225℃温度区间形状相似，并与图13(b)中所示的质量损失速率曲线一致.此外，m/z=28(N2+)和26(CN+)的2个相对低强度质谱曲线，也表明在熔融聚合过程中发生了脱氨和脱氰过程.　　6.5热解反应动力学分析　　对于大多反应体系，其动力学模型可用式(8)描述.(8)　　式中α为体系反应进度或转化率，无量纲 T为温度，K β为升温速率，K/min k(T)为温度对反应速率的影响函数，1/min f(α)为反应进程对反应速率的影响机理函数，无量纲.　　转化率α可用式(9)进行计算.(9)　　其中m0为样品初始质量，mg m为样品当前质量，mg m∞为结束时样品残余质量，mg.　　对于式(8)中的k(T)，主要可用2种模型，一是较为通用的阿伦尼乌斯公式[32]，如式(10)所示 二是如式(11)所示的H-E模型[33]，较不常用.(10)(11)　　式中，A为指前因子，1/min E为活化能，J/mol.R为气体常数,J/(molK) C为常数 m为幂指数.　　反应进程机理函数f(α)描述了样品反应速率与物质自身含量的关系，不同的反应机理存对应各自的反应进程机理函数形式.其中，最为通用的是n级反应模型，如式(12)所示.(12)　　式中，n即为反应级数.　　综合整理式(9)、(10)和(12)，可得完整的反应动力学模型，如式(13)所示.(13)　　可见，上式中主要包含3个动力学参数(A,E,n)，它们综合表征了样品热解反应的详细进程，因此，样品热解动力学分析的核心，即为动力学三参数(A,E,n)的求解.在众多求解方法中，常用方法有3类：微分法、积分法和GE算法，其中，前2类为线性分析法，而GE算法为非线性求解法，以下分别介绍.　　6.5.1微分法　　微分法通常直接针对式(13)进行求解，对于样品仅在单一扫描速率条件下的热重过程进行动力学分析，可称为单扫描速率法.基于n级反应假设，常用的单扫描速率法包含如下3种.　　(a)Freeman-Carroll公式[34]，通过作图可以由斜率得到活化能，如式(14)所示.(14)　　(b)当n=1时，可用Newkirk公式[35]，如式(15)所示.(15)　　取2个实验点T1和T2，则有：(16)　　(c)Achar-Brindley-Sharp公式[36]，如式(17)所示(17)　　采用不同f(α)函数，由以上线性方程的斜率获得E，由截距求得A.　　针对不同扫描速率下测得的多条热重曲线，进行动力学分析的方法称为多重扫描速率法.实际应用中，基于微分形式的多重扫描速率法有以下几种.　　(a)Kissinger-Akahira-Sunose公式[37]，针对不同升温速率(β)下所测热重曲线峰值对应的温度Tp，可得到式(18)，由该线性方程的斜率，可确定E，由截距可确定A.(18)　　(b)Friedman公式[38]，对于多条不同升温速率β下的热重曲线，选择等转化率α处，有式(19).(19)　　由斜率可以求得E，截距为ln[Af(α)].　　如果结合n级反应模型假设则可得：(20)　　结合不同的α，由式(19)可得确定不同的截距，再基于式(20)，由斜率可求得n，由截距可求得A.　　此外，还有Vachuska和Vobril法[39]等，在此不再赘述.　　6.5.2积分法　　积分法则是通过对温度或者时间积分得到g(α)如式(21)所示.(21)　　常用的积分法有如下几种.　　(a)Horowitz-Metzger公式[40]，如式(22)所示.　　译(22)(23)　　式中，Tr为满足1-α=1/e的参考温度，单位K.θ为当前温度和参考温度的差值，单位K.作lng(α)~θ图，即可由斜率确定活化能.该模型后来进一步修改为Dharwadkar-Karkhanavala公式[41]，如式(24)所示.(24)　　其中Ti,Tf分别为反应开始和结束的温度，单位K.　　(b)Coats-Redfern公式[42]，首先，采用Taylor展开取近似，得式(25)(25)　　由于RT/E~0，所以，1−2RT/E≈1.式(25)可近似为式(26)(26)　　即可基于斜率和截距值，算出E和A.　　(c)Flynn-Wall-Ozawa公式[43~45]，如式(27)所示.(27)　　针对不同的升温速率β下的曲线，在等转化率α处的温度T，作lgβ~1/T图，由斜率可到E.　　此外，还有Zsako公式[46]和Satava-Sestak公式[47]等，在此不赘述.　　6.5.3非线性动力学求解　　随着计算机科学技术的发展，可将动力学三参数的求解转化成一个迭代优化过程，即，将各参数代入反应动力学公式，根据所计算热重曲线和实际热重曲线的误差，调整参数，最终基于误差最小原则，给出最优动力学三参数值.　　Tang等[48]针对PVC热解，基于3个平行反应模型，构建动力学计算公式，如式(28)所示.(28)　　总的反应转化率则是3个平行反应的叠加，如式(29)所示.(29)　　对式(28)中的3个平行反应进行独立求解，其显示差分格式如式(30)所示.(30)　　具体计算过程中，可采用当前流行的优化求解方法：遗传算法(GeneticAlgorithm)，基于该算法的不断“自然选择-繁殖”迭代，直至达到目标拟合精度.式(31)给出了评价优化参数好坏的误差函数Φ表达.(31)　　其中，Φ为模型预测结果和实验值之间的误差 γ为实验和模型预测的反应进度速率(DTG)之间的误差占总误差的权重 α˙exp,i为实验测量的反应速率，1/K α˙cal,i为当前动力学三参数下计算出的反应速率，1/K α˙exp¯¯¯¯¯¯为实验测量的反应速率的均值，1/K αexp,i为实验测量的无量纲反应进度 αcal,i为该动力学3参数下计算出的无量纲反应进度.αexp¯¯¯¯¯¯为实验测量的反应进度均值.M为在特定升温速率下实验数据点的数目.　　Tang等[48]基于遗传算法，进行XLPE热重曲线的拟合结果如图14所示，可见，各升温速率下，可算出与热重实验曲线吻合度很高的动力学三参数.Fig.14DTGcurvesforXLPE(Crosslinkedpolyethylene)pyrolysisinatmosphereatdifferentheatingratesandtheoptimaltheoreticalfittingbasedonsingle-scanmethod.TheoptimizationofpyrolysismodelingisbasedontheGA(Geneticalgorithm)method(ReprintedwithpermissionfromRef.[48] Copyright(2018)Elsevier).　　　　7总结与展望　　本文综述了热重分析技术在高分子表征领域的主要进展，旨在帮助大家全面掌握TGA技术的实验原理，提高实验操作与数据分析过程的有效性和准确性，进一步推动TGA技术在高分子表征领域的广泛应用.　　TGA分析仪将样品精细加热调控技术与高精度质量测量技术联合，从质量变化角度，对高分子材料等受热过程中的物理与化学变化行为进行直接表征.当前，国内外相关仪器厂商的多款TGA分析仪具有的响应灵敏度、测量精度及操作方便性等各项性能已能满足大多高分子性能表征的需要.关于TGA分析仪的未来发展，主要包括如下几点：(1)进一步提高仪器准确度、灵敏度，以及稳定性 (2)不影响灵敏度的前提下，拓宽TGA分析仪的温度范围 (3)超快加热/降温速率的实现 (4)快速等温实验过程中的热惯性的进一步减小 (5)特殊实验过程所需的仪器附件研发，包括高压真空热解腔、温湿度综合控制器等 (6)与TGA分析仪联用仪器的校准方法及标准物质等方面的进一步发展 (7)仪器软件的功能拓展.　　此外，关于基于TGA分析的高分子材料应用研究方面，未来机遇与挑战主要包括：(1)基于高分子材料微量样品的高精度热重数据及其计算参数，发展其对于实际工程的应用性模型，即，通过微量样品热分析参数与尺度放大(Scale-up)模型相结合，推动微量样品热分析结果在工程实际的更好应用 (2)在基于TGA分析的材料动力学模型与参数计算，进一步解决其中的动力学补偿效应(kineticcompensationeffect,KCE) (3)TGA分析技术与DSC、FTIR、GC/MS等仪器的无缝联用优化方案设计和联用数据精确、可靠分析.　　最后，近年来，在国家对自主优质测试分析仪的大力资助下，具有自主知识产权的国产热重分析仪的研制呈现一些可喜的进展.未来，随着我国科研水平的不断提高，相信在热重分析仪研发方面也能取得更大突破.同时，我国相关仪器厂商也应一步一个脚印、不断提升自主创新能力，才能在日益激烈的热分析市场竞争中处于不败之地.　　参考文献　　1　　SeifiaH,GholamibT,SeificS,GhoreishiaSM,Salavati-NiasaribM.JAnalApplPyrolysis,2020,149:104840.doi:10.1016/j.jaap.2020.104840　　2　　PeñalverR,Arroyo-ManzanaresN,Lopez-GarcíaI,Hernández-CórdobaM.Chemosphere，2020,242:125170.doi:10.1016/j.chemosphere.2019.125170　　3　　ChenYongxuan(陈咏萱),ZhouDongshan(周东山),HuWenbing(胡文兵).ActaPolymericaSinica(高分子学报),2021,52(4):423-444　　4　　DingYanwei(丁延伟).FundamentalsofThermalAnalysis(热分析基础).Hefei(合肥):UniversityofScienceandTechnologyofChinaPress(中国科学技术大学出版社),2020.doi:10.3866/pku.dxhx202012012　　5　　GB/T6425-2008NomenclatureforThermalAnalysis(热分析术语).NationalStandardsofPeople’sRepublicofChina(中华人民共和国国家标准),2008.doi:10.1016/S1734-1140(13)71006-5　　6　　IHainesPJ,ThermalMethodsofAnalysis:Principles,ApplicationsandProblems.SpringerScience+BusinessMedia:Dordrecht，1995.Chap1.doi:10.1007/bf02548698　　7　　NoremSD,O’NeillMJ,GrayAP.ThermochimActa,1970,1:29-38.doi:10.1016/0040-6031(70)85026-2　　8　　GallagherPK,SchreyF.ThermochimActa,1970,1:465-476.doi:10.1016/0040-6031(70)85017-1　　9　　OzkanUS,KumthekarMK,KarakasG.JCatal,1997,171:67-76.doi:10.1006/jcat.1997.1793　　10　　McGhieAR.AnalChem,1983,55:987-988.doi:10.1021/ac00257a047　　11　　McGhieAR,ChiuJ,FairPG,BlaineRL.ThermochimActa,1983,67:241-250.doi:10.1016/0040-6031(83)80104-x　　12　　BrownME,BhenguTT,SanyalDK.ThermochimActa,1994,242:141-152.doi:10.1016/0040-6031(94)85016-x　　13　　GallagherPK,ZhongZ,CharsleyEL,MikhailSA,TodokiM,TanaguchiK,BlaineRL.JThermAnal,1993,40:1423-1430.doi:10.1007/bf02546906　　14　　WeddleBJ,RobbinsSA,GallagherPK.PureApplChem,1995,67:1843-1847.doi:10.1351/pac199567111843　　15　　GundlachEM,GallagherPK.JThermAnal,1997,49:1013-1016.doi:10.1007/bf01996788　　16　　JJG014-1996VerificationRegulationforThermalAnalyzer(热分析仪检定规程).NationalEducationCommissionofPeople’sRepublicofChina(中华人民共和国国家教育委员会),1996.doi:10.1007/978-1-349-24516-1_6　　17　　JJG1135-2017VerificationRegulationforThermogravimetricAnalyzer(热重分析仪检定规程).GeneralAdministrationofQualitySupervision,InspectionandQuarantineofthePeople’sRepublicofChina,2017.doi:10.2753/clg0009-4609390303　　18　　JJG936-2002VerificationRegulationforDifferentialScanningCalorimeter(示差扫描热量计检定规程).GeneralAdministrationofQualitySupervision,InspectionandQuarantineofthePeople’sRepublicofChina,2002.doi:10.1007/BF02856701　　19　　DingYanwei(丁延伟),ZhengKang(郑康),QianYixiang(钱义祥).IntroductiontoThermalAnalysisExperimentDesignandCurveAnalysis(热分析实验方案设计与曲线解析概论).Beijing(北京):ChemicalIndustryPress(化学工业出版社),2020　　20　　GibertJP,LopezCuestaJM,BergeretA,CrespyA.PolymDegradStab,2000,67:437-447.doi:10.1016/s0141-3910(99)00142-1　　21　　SchindlerA,DoedtM,GezginS,MenzelJ,SchmolzerS.JThermAnalCalorim,2017,129:833-842.doi:10.1007/s10973-017-6208-5　　22　　VogelC,KrugerO,AdamC.JThermAnalCalorim,2016,123:1045-1051.doi:10.1007/s10973-015-5016-z　　23　　YuanY,MaC,ShiYQ,SongL,HuY,HuWZ,MaterChemPhys,2018,211:42-53.doi:10.1016/j.matchemphys.2018.02.007　　24　　WangFang(王芳),HaoJianwei(郝建薇),LiZhuoshi(李茁实),ZouHongfei(邹红飞),ActaPolymericaSinica(高分子学报),2016,7:860-870.doi:10.11777/j.issn1000-3304.2016.5329　　25　　DorezG,TaguetA,FerryL,LopezCuestaJM.PolymDegradStab,2014,102:152-159.doi:10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.018　　26　　HatakeyamaH,JThermAnalCalorim,2014,118:23-30.doi:10.1007/s10973-014-3959-0　　27　　GerassimidouS,VelisCA,WilliamsPT,KomilisD,WasteManageRes,2020,38(9):942-965.doi:10.1177/0734242x20941085　　28　　RegoF,DiasAPS,GasguilhoM,RosaFC,RodriguesA.BiomassBioenerg,2019,122:375-380.doi:10.1016/j.biombioe.2019.01.037　　29　　ZhangWJ,ShiXH,ZhangYX,GuW,LiBY,XianYZ.JMaterChemA,2013,1:1745-1753.doi:10.1039/c2ta00294a　　30　　PassauerL.ProgOrgCoat,2021,157:106331.doi:10.1016/j.porgcoat.2021.106331　　31　　MasI,Hortelano,Ruiz-BermejoM,FuenteJL.EurPolymJ,2021,143:110185.doi:10.1016/j.eurpolymj.2020.110185　　32　　LaidlerKJ.JChemEduc,1984,61(6):494-498.doi:10.1021/ed061p494　　33　　HarcourtAV.PhilTransR.SocLondA,1913,212:187-204　　34　　FreemanES.CarrollB.JPhysChem,1958,62(4):394-397.doi:10.1021/j150562a003　　35　　NewkirkAE.AnalChem,1960,32(12):1558-1563.doi:10.1021/ac60168a006　　36　　SharpJH,WentworthSA.1969,41(14):2060-2062.doi:10.1021/ac50159a046　　37　　KissingerHE.AnalChem,1957,29(11):1702-1706.doi:10.1021/ac60131a045　　38　　FriedmanHL.JPolymSci:PolymSymp,1964,6:183-195.doi:10.1002/polc.5070060121　　39　　VachuskaJ,VoborilM.ThermochimActa,1971,2(5):379-392.doi:10.1016/0040-6031(71)85014-1　　40　　HorowitzHH,MetzgerG.AnalyChem,1963,35(10):1464-1468.doi:10.1021/ac60203a013　　41　　DharwadkarS,KarkhanavalaM.ThermAnal,1980,18(1):185-191.doi:10.1007/bf01909466　　42　　CoatsAW,RedfernJ.Nature,1964,201(4914):68-69.doi:10.1038/201068a0　　43　　OzawaT.BullChemSocJpn,1965,38(11):1881-1886.doi:10.1246/bcsj.38.1881　　44　　FlynnJH,WallLA.JResNatBurStand,1966,70(6):487-523.doi:10.6028/jres.070a.043　　45　　FlynnJH,WallLA.JPolymSci,PartC:PolymLett,1966,4(5):323-328.doi:10.1002/pol.1966.110040504　　46　　ZsakoJ.JPhysChem,1968,72(7):2406-2411.doi:10.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2011年4月5日，德国Buker公司携最新的C型G4 ICARUS红外碳硫分析仪来到了中国。其大中华区合作伙伴&mdash &mdash 利曼中国在德国TUV Nord上海分公司及上海铸造学会分别举行了隆重的新品发布会。来自Bruker Elemental GmbH 的技术总监Heinrich Stremming先生, 亚太地区销售总监Yong Teck Lee先生以及利曼中国华东区销售经理共同主持了新产品发布。C型G4 ICARUS相比旧款的分析仪器，性能有了极大的提升，这主要得力于最新技术的应用和创新性的设计理念。首先在仪器至关重要的高频发生器部分，采用了最新的电子管技术，该电子管具有频率稳定性好，寿命长等特点。同时，高频炉功率可以连续调节，从而应对不同的样品应用，具有最佳的燃烧效果。G4 ICARUS在沿用原有成熟技术的基础上，采用了大胆的创新设计理念。在高频炉设计和供氧技术上，摈弃了传统的氧枪设计理念，采用独特的侧向供氧技术，该技术在保证样品充分燃烧的同时，避免了粉尘在炉头的大量累积，同时专门设计的大尺寸气流出口防止了粉尘的堵塞，在载气的作用下，粉尘被自动带离炉头位置，并在专用的粉尘收集罐中进行收集，该设计大大降低了操作者在炉头位置的维护清洁时间。从而相对于传统的碳硫仪来说，显得更加人性化。G4 ICARUS所应用的红外检测器，同样是最新技术成果的体现，在红外光源的信号处理上，采用的是最新的电子频率控制方式，从而没有传统的切光马达所导致的信号噪声。检测器具有内置的线性化数学处理芯片，可以自动实现信号的线性化处理，避免了其它同类仪器必须采用大量标样进行线性化拟合的繁琐过程。G4 ICARUS对于碳硫两个元素均采用了双量程红外检测器，从而覆盖了金属、矿物等高低含量的检测需求。C型G4 ICARUS的推出得到了与会者的一致好评，特别是创新性的设计思路和新技术的应用，在提升仪器性能的同时，使得仪器更加紧凑并且人机交互界面更加友好，G4 ICARUS也必将在日益激烈的碳硫分析仪市场迅速占有一席之地！

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题 高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！二维相关红外光谱分析技术在高分子表征中的应用Applications of Two-dimensional Correlation Infrared Spectroscopy in the Characterization of Polymers本文作者：侯磊，武培怡 作者机构：东华大学化学化工与生物工程学院,上海,201620作者简介：武培怡，男，1968年生. 1985年，南京大学化学系获学士学位，1998年，德国ESSEN大学获博士学位. 1998~2000年在日本触媒研究中心从事研究工作，2000~2017年任复旦大学高分子科学系教授，2017年起任东华大学化学化工与生物工程学院教授. 2001年入选上海市科委启明星计划、上海市教委曙光计划，2003年入选上海市科委白玉兰科技人才计划，2004年入选上海市科委启明星跟踪计划，获得国家杰出青年基金资助、上海市引进海外高层次留学人员专项资金资助，2005年度入选教育部首届新世纪人才计划，2007年入选上海市优秀学科带头人计划，2016年入选英国皇家化学会会士，2017年获陶氏化学“Dow Innovation Challenge Award”. 主要研究方向包括二维相关光谱在聚合物体系中的应用、智能仿生材料、聚合物功能膜等.摘要二维相关光谱作为一种先进的光谱分析方法，具有提高谱图分辨率、解析动态过程等优势，近来在高分子表征中引起了越来越多的关注. 高分子体系涉及了丰富的相互作用和复杂的结构，分子光谱是常用的表征手段，而借助二维相关光谱分析技术，能够有效识别精细结构、判别动态变化机制，从而显著丰富和完善分析结果. 本文重点围绕二维相关红外光谱，简述了发展历史和基本原理，随后结合实际过程，介绍了相关实验和分析技巧，最后列举了其在高分子表征中的典型应用，展示了二维相关红外光谱分析的特点，具体涉及温度响应高分子的响应机制、可拉伸离子导体中复杂相互作用、小分子在聚合物基质中的扩散、天然高分子的结构表征等研究. 希望通过本文的介绍，能够帮助读者更好地理解二维相关光谱，进一步拓展其在高分子领域中的应用.AbstractTwo-dimensional correlation spectroscopy (2Dcos) is an advanced analysis method, which holds great advantages in improving spectral resolutions and interpreting dynamic processes, and has attracted great attention in the field of polymers. Molecular spectroscopy is frequently applied in the characterization of polymers, which involves abundant molecular interactions and complex structures. Under the help of 2Dcos analysis, fine structures as well as dynamic mechanisms within the polymer systems can be effectively identified, thus significantly enriching and improving the analysis results. In this paper, we will mainly focus on the two-dimensional correlation infrared spectroscopy (2DIR). Firstly, the history and basic principles of 2Dcos are briefly introduced. Then, some relevant experimental and analytical techniques are presented based on the actual process. Finally, typical applications of 2DIR in the polymer characterization are demonstrated and the features thereinto are also shown. Particularly, the response mechanisms of temperature-responsive polymers, complex molecular interactions in stretchable ionic conductors, diffusion processes of small molecules in polymer matrix and structures of natural polymers are investigated. It is hoped that this paper will help readers better understand 2Dcos and further expand its applications in the field of polymers.关键词分子光谱   二维相关光谱   高分子   分子相互作用 KeywordsMolecular spectroscopy   Two-dimensional correlation spectroscopy   Polymer   Molecular interactions  高分子材料体系涉及丰富的相互作用和多级结构，这是决定材料最终性能的关键. 分子光谱(红外、拉曼光谱)作为表征高分子材料的常用手段，一方面可以检测不同化学结构/组分所对应的官能团，依据特征吸收峰强度和位置，实现对高分子化学结构的鉴别，另一方面，可以基于不同官能团特征吸收峰的强度和位置变化，判别基团所处的物理或化学环境，实现对体系中复杂相互作用的解析. 随着高分子材料的发展，体系趋向多样化、多功能化，而传统的一维分子光谱存在谱峰重叠严重、分辨能力有限等问题，一定程度限制了分子光谱在复杂高分子体系的应用拓展.二维相关光谱(Two-dimensional correlation spectroscopy，2Dcos)作为一种先进的光谱分析手段，尤其适合于从分子水平探讨各类外扰作用下复杂高分子体系涉及的结构和相互作用变化. 相较于传统的一维光谱，二维相关光谱的优势在于：(1)对于包含许多重叠峰的复杂谱图，起到图谱简化的作用；(2)通过将原始谱图在第二维度上延伸，能够明显提高原始一维谱图的分辨率；(3)谱峰的相关性可帮助判断体系中的相互作用以及峰归属；(4)可用于确定外界刺激下不同过程的发生次序. 本文首先将结合二维相关光谱的发展历史，介绍其基本原理. 其次，围绕动态谱图获取和二维相关分析，介绍二维相关光谱的一些实验和分析技巧. 最后，结合具体体系，重点阐述二维相关光谱在高分子表征中的应用.1 基本原理1.1 发展历史二维相关光谱分析方法的基本概念最早起源于核磁共振(NMR)领域. 二维核磁共振(2DNMR)谱通过多脉冲技术激发核自旋，采集原子核自旋弛豫过程的衰减信号，最后经双重傅里叶变换得到[1]. 通过将核磁信号扩展到第二维度，可以显著提高谱图的分辨率，并且有效简化包含许多重叠峰的复杂光谱. 与此同时，通过选择相关的光谱信号，可以鉴别和研究分子内/间的相互作用. 尽管二维光谱技术在核磁领域取得了快速发展，却在很长一段时间内未能深入到其他光谱分支，如红外、拉曼、紫外-可见吸收、荧光光谱等. 阻碍二维光谱技术发展的一个根本原因在于多重射频脉冲的二维核磁技术可以成功地在精密而昂贵的核磁仪器上实施，却不能在普通的红外、拉曼和紫外-可见吸收等光谱仪器上实现. 因为这类光谱的时间标尺(time scale)远小于核磁共振[2]. 一般来说，核磁时间标尺数量级在毫秒到微秒之间，而红外吸收光谱观察分子振动的时间标尺在皮秒数量级，因此产生二维红外光谱必须采用特殊的新途径.二维相关光谱概念上的突破是由特拉华大学(University of Delaware)的化学家Noda[3,4]提出的. 他把核磁实验中的多重射频励磁看作是一种对体系的外扰(外部扰动). 施加于体系的外扰可以多种多样，如热、磁、机械、电场、化学甚至声波等. 每种外扰对体系的影响是独特而有选择性的，并由特定的宏观刺激和分子相互作用的机理所决定. 因此，包含在动态光谱中的信息类型是由外扰的方式和电磁波的种类所决定的. 外扰的波形没有任何限制，从简单的正弦波、脉冲、到随机的噪音或静态的物理量(如时间、温度、压力等)的变化均可应用于外扰. 由此，Noda设计出一种完全不同的二维光谱实验技术，他用外扰来激发被检测体系的分子，由于被激发分子的弛豫过程慢于振动光谱的时间标尺，因而可使用时间或温度等外扰分辨振动光谱(红外、拉曼)技术来跟踪研究被检测体系受外界扰动而产生的动态变化，结合数学中的相关分析技术，将原有的光谱信号扩展到第二维度，从而得到二维相关光谱(如图1所示). 二维相关光谱实际研究的就是动态光谱的变化[5,6]. 此后，随着二维相关光谱技术的发展，逐渐在荧光光谱、X射线衍射谱、凝胶渗透色谱等也得到了应用. 总体而言，二维相关光谱分析在红外光谱中的应用最为成功，这主要是由于红外光谱的信噪比相对较高，具有高灵敏度、高选择性和非破坏性等特点，能够在分子结构和链段运动等方面提供丰富信息. 另一方面，红外光谱的谱峰重叠严重，解析起来存在一定困难，二维相关光谱的引入可以很好地解决这一问题. Fig. 1 Acquisition procedure of generalized 2D correlation spectra. In the 2D synchronous and asynchronous spectra, red colors represent positive intensities while green colors represent negative ones.1.2 计算原理二维相关光谱考虑外扰变量下(如时间、温度、压力、浓度、电场、磁场等)光谱强度y(v, p)的变化情况，其中v为光谱变量，可以为任何光谱量化的参数，如红外波数、拉曼位移、紫外波长、X射线散射角等，p为外扰变量，可以是任意合理的物理或化学变量，如时间、温度、压力、电场强度、浓度、pH、离子强度等. 对于体系在一定外扰区间(1~N)下引起的动态光谱y˜(v, p)定义为[2,5]：y¯(v)为体系的参考光谱，通常选为平均谱. 参考光谱的定义为实际过程中，可以选择某一个参考点p = Pref处的光谱作为参考光谱. 参考点可以是实验的初始状态或结束状态，也可以直接简单地设为0，这种情况下，动态光谱即为我们观察到的光谱强度.二维相关强度X(v1, v2)表示在外扰变量区间内，对光谱变量v1和v2光谱强度变化y˜(v, p)的函数进行比较. 由于相关函数是计算2个互不依赖的光谱变量v1和v2处强度的变化，因此可以将X(v1, v2)转变为复数形式[2]：这里，组成复数的相互垂直的实部和虚部分别称作同步和异步二维相关强度. 同步二维相关强度Ф(v1, v2)表示随着p值的变化，v1和v2处光谱强度的相似性变化，而异步二维相关强度Ѱ(v1, v2)则表示光谱强度的相异性变化.二维相关光谱的快速计算方式在于对动态光谱进行Hilbert-Noda变换，将其从外扰域转换到频率域上，最终得到二维相关光谱[2,5].二维相关同步谱：二维相关异步谱：其中Mjk代表Hilbert-Noda转变矩阵的第j行第k列的元素，表示为：1.3 解谱规则二维相关光谱图包含同步谱和异步谱2类，图1展示了典型的同步和异步谱图.1.3.1 二维相关光谱同步谱图二维相关光谱同步谱图表现了给定2波数v1和v2处光谱强度的同步或者一致变化. 同步谱图沿对角线(对应于光谱坐标v1 = v2)方向对称，其中相关峰可以出现在对角线上，也可以出现在对角线外. 落在对角线上的相关峰称作自动峰，自动峰强度对应于外扰过程中光谱变化的自相关函数. 在同步谱中，自动峰的强度始终为正，代表了对应波数下光谱强度动态波动的整体程度. 所以，在动态谱图中表现出更大程度强度变化的区域对应的自动峰越强，而那些基本保持不变的峰自动峰强度小甚至没有自动峰. 交叉峰处于同步谱图的非对角线区域，表现了不同波数光谱信号的同步变化. 这样一种同步的变化，反过来，预示着2波数间可能存在一定的相关性. 尽管自动峰的强度始终为正，但交叉峰的强度可正可负. 如果2波数的交叉峰为正，说明这2个波数对应的光谱强度在外扰下同时增加或者同时降低；如果两波数的交叉峰为负，说明这2个波数对应的光谱强度一个增加另一个降低.1.3.2 二维相关光谱异步谱图异步谱图呈现了2个给定波数v1和v2处光谱强度的异步或者相继变化，它关于对角线反对称. 异步谱图中只有交叉峰，而无自动峰. 异步交叉峰只有在2个给定波数的光谱强度发生异相(如延迟或加快)变化时才出现. 这一特点尤其可以帮助区分光谱中的来源不同的重叠峰. 于是，外扰过程中，混合物中的不同组分、材料中的不同相或者化学基团经历不同的变化对光谱强度的贡献能够得以辨别. 即使是2个谱带靠的很近，只要它们的瞬间特征或者时间依赖光谱强度变化模式存在本质不同，它们之间便会出现异步交叉峰. 所以异步交叉峰的出现意味着这些谱带有着不同的来源或者是不同分子环境下的官能团. 异步谱图的交叉峰可正可负，而异步谱图中交叉峰的符号可以用来辅助判断谱带在外扰过程中的变化次序.1.3.3 二维相关光谱读谱规则利用同步和异步谱图的交叉峰，可以获得外扰条件下光谱强度发生变化的先后次序关系. 为方便表述，将同步谱图中(v1, v2)处的峰强度记为Φ(v1, v2)，将异步谱图中(v1, v2)处的峰强度记为Ψ(v1, v2). 根据Noda规则[5]：(1)当Φ(v1, v2) 0时，如果Ψ(v1, v2) 0，则v1谱带处的强度变化发生先于v2谱带处的强度变化(表示为v1→v2)，而如果Ψ(v1, v2) 0，则v2→v1；(2)当Φ(v1, v2) 0时，如果Ψ(v1, v2) 0，则v2→v1，而如果Ψ(v1, v2) 0，则v1→v2. 简单说来，如果(v1, v2)在同步和异步谱图的交叉峰符号一致(都为正或者都为负)，则v1→v2；如果(v1, v2)在同步和异步谱图的交叉峰符号不一致(一个为正而另一个为负)，则v2→v1.2 实验技巧二维相关光谱作为一种有效的光谱分析手段，是针对一系列动态光谱的数学分析，具体可分为2个过程：动态谱图获取和二维相关分析. 本节将结合实际操作过程，介绍二维相关红外光谱的一些实验和分析技巧.2.1 动态谱图获取2.1.1 样品制备对于固体聚合物样品，溴化钾压片法制备的样品可直接用于透射红外光谱测试；另外，还可使用溶液铸膜(solution casting)法在红外窗片上直接制备得到适合透射红外光谱测试的薄膜. 对于溶液样品，主要应考虑样品的密封问题，避免测试过程中溶剂的挥发. 此外，水溶液或者水凝胶样品，为避免H2O分子的红外吸收对高分子链上C―H和C＝O基团吸收峰的影响，可以用D2O作溶剂.2.1.2 测试条件测试模式方面，为得到高信噪比的红外光谱图，一般使用透射模式进行数据采集. 特殊的样品也可选用其他附件，例如对样品表面进行研究时可选用ATR附件. 测试条件方面，为兼顾扫描时间和信噪比，可设置红外谱图分辨率为4 cm-1，扫描次数为32次.2.1.3 测试环境二维相关光谱的特点在于只对光谱的变化敏感，能够显著放大一系列动态光谱的变化情况. 不论样品浓度、厚度如何，如果其处于静态，不发生变化，则对应的二维相关光谱无任何信号. 因此，为了使二维相关光谱的信号只来源于样品本身的结构变化，需要保证测试过程中环境的相对稳定，排除测试环境变化引起的水或二氧化碳吸收峰变化的干扰. 通常，可以借助干燥空气或者氮气吹扫，待测试环境稳定后进行背景采集，随后开展一系列动态光谱的采集.2.2 二维相关光谱分析将采集的一系列动态光谱在特定的软件上进行数学处理，即可得到二维相关光谱同步和异步谱图. 目前，能够快速获得二维相关光谱的软件种类很多[7]，大都是免费获取或者是商业化的软件，包括2D Shige、TDCOS、Mat2DCorr、2DCS、Midas 2010、R corr2D、Python Scikit Spectra、Python NumPy等. 关于二维相关光谱的谱图分析，重点在两部分：精细结构的分辨和动态过程的解析. 二维相关光谱异步谱可以区分光谱中来源不同的重叠峰，将异步谱中谱峰对应的波数进行基团归属，即可分辨体系的精细结构. 此外，通过结合同步谱和异步谱交叉峰的符号，可以获得外扰条件下光谱强度发生变化的先后次序关系. 为了方便解析复杂体系谱峰响应的先后次序，根据Noda规则，本课题组提出了一种简便的判断方式[8]. 如表1、2所示，分别读出了图1异步谱中所有谱峰对应的波数及其在同步和异步谱中交叉峰的符号(强度正负)，之后将其对应一一相乘，结果如表3所示. 该表中每一个正值都代表它所对应的横轴的波数先于或快于纵轴的波数响应，而每一个负值代表它所对应的横轴的波数后于或慢于纵轴的波数响应. 基于此，可以直观地得出对应动态过程的谱峰响应次序(“→”表示先于或快于)：1647→1628→1622→1615 cm-1.Table 1 Signs of cross-peaks in synchronous spectrum (corresponding to Fig. 1).Table 2 Signs of cross-peaks in synchronous spectrum (corresponding to Fig. 1).Table 3 The final results of multiplication on the signs of each cross-peak in synchronous and asynchronous spectra.3 典型应用基于二维相关光谱在判断精细结构和解析动态过程的优势，本节将结合本课题组的研究工作，介绍二维相关光谱在高分子表征中的应用，主要涉及温度响应高分子的响应机制、可拉伸离子导体中复杂相互作用、小分子在聚合物基质中的扩散机理等.3.1 温度响应高分子的响应机制温度响应高分子能够在外界温度发生变化时改变自身的物理或化学性质，形成对环境的感应并产生反馈，在智能传感、药物缓释、可控驱动、过滤分离、智能窗户等领域得到了广泛关注和应用[9~11]. 温度响应高分子的响应过程往往源于分子结构或链构象的变化，分子光谱(红外、拉曼光谱)对分子基团及相应的相互作用十分敏感，非常适合于研究其中的响应机理. 传统的一维分子光谱存在谱峰重叠严重、分辨能力低以及难以捕捉动态过程等不足，借助二维相关光谱分析，可以对温度响应高分子的精细结构和动态响应机制进行深入解析，探讨其中的构效关系.聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)在水溶液中呈现LCST (lower critical solution temperature)型转变，即升温过程发生相分离，相转变温度约为32 ℃[12]. PNIPAM分子链同时存在亲水的酰胺基团和疏水的碳链骨架、异丙基侧基，利用变温红外光谱对PNIPAM水溶液升温过程进行跟踪，观察到vas(CH3)和vs(CH2)吸收峰波数的降低以及Amide I区域1625和1649 cm-1处吸收峰的相互转化，表明聚合物链C―H基团的脱水和分子间/内氢键C＝O… H―N的形成. 基于二维相关光谱分析，获取了PNIPAM水溶液相分离的微观动力学机理：温度升高首先发生侧基CH3的两步脱水，随后是主链的塌缩和聚集，最后为酰胺氢键的形成，并最终导致了相分离[13].PNIPAM的LCST型转变对溶剂组成也十分敏感. 尽管水和甲醇都是PNIPAM的良溶剂，但在两者以一定比例混合的状态下对PNIPAM则为不良溶剂. 例如：当甲醇和水的体积比为0.35:0.65时，PNIPAM在该混合溶剂中的LCST约为-7.5 ℃，这种现象称为“共不溶”现象. 利用红外光谱和二维相关光谱分析研究PNIPAM在水/甲醇混合溶剂中温度响应行为[14]，传统一维红外光谱分析表明，相比于纯水溶液，PNIPAM链在水/甲醇混合溶剂中处于塌缩的状态，并且PNIPAM和甲醇的相互作用明显被削弱了，这主要归因于混合溶剂中水-甲醇团簇的形成导致了PNIPAM链水合位点的减少. 进一步的二维相关红外光谱分析证实了水-甲醇团簇对PNIPAM链水合过程的抑制作用.除此之外，本课题组还探讨了其他LCST型聚合物的转变机理[15~19]、共聚(无规共聚、嵌段共聚)结构对温敏聚合物相变行为的影响[20~22]、温度响应水/微凝胶的体积转变过程[23~25]等，相关工作已进行过系统总结[26,27]，这里不再赘述.水凝胶结构与生物组织十分相近，在仿生皮肤等领域获得了广泛关注. 将两性离子单体与丙烯酸(acrylate acid, AA)共聚，通过调节盐浓度，制备得到具有优异可塑性、可拉伸性、自愈合性的超分子聚电解质水凝胶[28]. 同时，聚电解质的离子传输性质赋予了水凝胶对温度、应变、应力的多重感知功能. 基于对干态和湿态凝胶的红外光谱解析，获取了该水凝胶涉及的丰富的分子间/内相互作用，包括聚丙烯酸(PAA)链段羧基之间的氢键相互作用、两性离子链段中磺酸根与季铵盐的静电相互作用、PAA链段羧酸根和两性离子链段季铵盐的静电相互作用等，而这些丰富的分子间/内相互作用是该超分子水凝胶力学性能的决定性因素. 在此基础上，用甲基丙烯酸(methyacrylate acid, MAA)取代丙烯酸，即在PAA链段引入疏水的α-甲基，通过调节MAA和两性离子单体的比例，实现了超分子水凝胶在LCST和UCST (upper critical solution temperature)行为之间的转变[29]，如图2所示. 具体地，当两性离子单体与MAA质量比大于1时，聚合物在水溶液中表现出UCST行为；当两性离子单体与MAA质量比等于1时，聚合物在宽的温度范围(10~80 ℃)内均不溶于水；两性离子单体与MAA质量比小于1时，聚合物在水溶液中表现出LCST行为. 同时，LCST和UCST可以通过两性离子和MAA单体的共聚比例方便地进行调节. 二维相关红外光谱从分子水平有效揭示了这一体系独特相行为的产生原因. 结果表明，羰基氢键结构的转化是LCST型水凝胶相行为的驱动力，而磺酸根涉及相互作用(水合作用、静电作用等)的变化是UCST型水凝胶相行为的驱动力.Fig. 2 (a) The chemical structure of the polyzwitterion Turbidity curves and typical photos for the (b) UCST- and (c) LCST-type hydrogels Temperature-dependent FTIR spectra (d, e) and 2D correlation spectra (f, g) of typical UCST- and LCST-type hydrogels (Reprinted with permission from Ref.[29] Copyright (2018) American Chemical Society).在天然的阳离子多糖(季铵化壳聚糖)中原位聚合亲水的阴离子单体(AA)，构筑了具有温度、pH、机械力、电学等刺激响应行为的双网络聚电解质水凝胶. 该水凝胶同时集成了生物相容、离子传输、黏附、可拉伸、自愈合等多种功能，可作为仿生离子皮肤用于监测压力、温度、pH、电信号等刺激引起的生理信号变化[30]. 值得注意的是，该离子皮肤具有温度可调的黏附性，即升温黏附强度提升，降温黏附强度下降，例如水凝胶在猪皮上37 ℃下的黏附强度是20 ℃下的5.5倍，且具有良好的循环稳定性，这主要源于聚电解质水凝胶的UCST型转变. 季铵化壳聚糖由疏水主链和亲水的季铵盐基团组成，具有两亲性结构，通过改变聚合过程中AA组分的比例，可以实现对双网络聚电解质水凝胶相变行为的调控. 利用温度分辨红外光谱及二维相关分析对水凝胶的温度响应机理进行研究，结果表明体系的UCST型转变源于焓变驱动的季铵化壳聚糖与PAA链段间离子相互作用的解离和氢键作用的增强. 关于水凝胶的黏附性，涉及了丰富的分子相互作用，如PAA与基体间的氢键、季铵化壳聚糖与基体间的疏水相互作用、离子相互作用等. 二维相关红外光谱分析表明，升温相变过程中离子对解离，释放了大量解离的羧基，促使了PAA链段中羧基二聚体之间强氢键以及与季铵化壳聚糖链段羟基之间氢键的形成，提高了水凝胶的强度. 同时，水凝胶中羧基二聚体的形成有利于氨基的质子化，从而改善了组织黏附性.聚甲基丙烯酸(PMAA)在合适的水环境中也可表现出LCST型相转变[31]. 通过在PMAA水溶液中引入AlCl3等无机盐，调节盐浓度，实现了体系相转变温度的广泛可调，并构筑了具有多级结构、可实现紫外-可见-红外宽谱带光管理的新型水玻璃. 该水玻璃不仅可以可逆地切换可见光区域的透射率，阻挡紫外和红外光，还具有缺口不敏感性、自我修复断裂和划痕的功能. 借助二维相关红外光谱可对该水玻璃的动态响应机制进行解析，经分析，PMAA链段上不同化学基团在升温过程的响应次序为：α-甲基→亚甲基→羧基，表明疏水的α-甲基的脱水合是该体系相转变过程的驱动力，导致了聚合物主链的塌缩以及羧基之间氢键结构的解离. 此外，温度分辨小角X射线散射(SAXS)、微小角中子散射(VSANS)光谱证实了聚合物链塌缩引起的散射强度增加，从而产生可见光透过率的变化.一些聚电解质复合物在水溶液中也表现出热致相转变行为[32]. 通过调节典型聚电解质复合物——聚苯乙烯磺酸盐/聚二烯丙基二甲基铵在溴化钾水溶液中的浓度，同时观察到了LCST和UCST型相转变现象：低浓度下，聚电解质复合物呈现UCST型固液相转变；高浓度下，聚电解质复合物则表现为LCST型液液相分离. 基于温度分辨拉曼光谱和二维相关光谱分析，深入研究了体系中的水合效应和阴-阳离子相互作用. 研究发现，在水溶液中，聚电解质复合物的阴-阳离子相互作用呈现2种状态：直接接触型离子对(contact ion pairs, CIPs)和溶剂分离型离子对(solvent-separated ion pairs, SIPs). 聚合物浓度较低时，疏水的聚电解质链段使得阴-阳离子直接结合，CIPs占主导，而温度的升高导致了CIPs的解离，从而引起体系的UCST型转变；聚合物浓度较高时，CIPs比例低，升温导致了阴-阳离子的结合，从而引起体系的LCST型转变. 二维相关拉曼光谱分析则给出了相转变过程中的基团衍化次序，进一步揭示了聚电解质复合物两种截然不同的相转变机理：UCST型体系升温呈现出阴-阳离子相互作用逐渐减弱的解离过程，即“CIPs→SIPs→自由离子”，而LCST型体系升温呈现出阴-阳离子相互作用逐渐增强的缔合过程，即“自由离子→SIPs→CIPs”(图3). Fig. 3 2D correlation synchronous and asynchronous Raman spectra of polyelectrolyte complexes with (a) UCST- and (b) LCST-type transitions (c) Schematic illustration of the phase transition mechanisms (Reprinted with permission from Ref.[32] Copyright (2020) American Chemical Society).将温度响应聚合物引入分离膜，能够赋予膜材料温度响应功能，实现可控的物质分离[33]. 利用温敏性聚N-乙烯基己内酰胺(PVCL)和非温敏性聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)协同稳定金属有机框架(MOF)纳米片，并进一步抽滤得到层层堆叠的温度响应纳米片复合膜. 其中PVCL提供温敏性，PVP提供支撑作用，PVCL和PVP的协同作用使得在升降温循环过程中，层间纳米孔道体积既可以同步增大和缩小，而层间距维持稳定. 所得MOF纳米片复合膜水通量及对染料截留能力具有温度敏感性. 温度升高，PVCL链塌缩使得层间纳米孔道体积增大，因而水通量增大，且升降温循环过程稳定性良好. 将尺寸相近的3种染料分子(亮绿、中性红、结晶紫)混合液进行过滤测试发现，随温度升高，尺寸较小的亮绿和中性红分子截留率下降明显高于结晶紫. 值得注意的是，对不同温度下滤液的紫外-可见光谱进行二维相关光谱分析，可以得到不同染料随温度升高的流出顺序：亮绿→中性红→结晶紫，证实了复合膜中纳米孔道尺寸随温度升高而逐渐增大. 利用二维相关红外光谱进一步对纳米片复合膜的温度响应机制进行了解析，结果显示，PVCL链段在升温过程的脱水和塌缩作为复合膜温敏行为的驱动力，降低了MOF纳米片的界面润湿性，最终导致纳米孔道的变化，而PVP链段在这一过程中并未发生明显变化，主要起到层间支撑作用(图4).Fig. 4 (a) Temperature-dependent FTIR spectra of the composite membrane (30-60 ℃). The arrows indicate the spectral variation trends at different wavenumbers (b) 2D correlation synchronous (left) and asynchronous (right) spectra of the composite membrane (c) Schematic illustration of the "smart" membrane separation performance (Reprinted with permission from Ref.[33] Copyright (2020) Springer Nature).3.2 可拉伸离子导体中复杂相互作用的揭示生命系统的生理活动与离子传导密切相关，譬如皮肤和神经纤维须通过离子传导电信号实现环境感知和运动反馈. 可拉伸离子导体是模拟弹性生物组织离子传输的重要材料，在仿生皮肤、人工肌肉、可拉伸储能、软机器人等领域取得了广泛应用.在进行可拉伸离子导体的构筑时，往往需要兼顾力学和离子传导等性能，其中涉及了丰富的分子相互作用. 本课题组围绕可拉伸离子导体，在对体系分子内/分子间相互作用机理的研究基础上，提出了一系列调控力学、电学和光学性质的分子设计. 例如：利用纳米级无定形矿物粒子和天然多糖的离子作用，调节物理交联PAA的黏弹性，所构筑的仿生皮肤可以快速自修复，且具有更高的应力响应灵敏度[34]；基于AA和两性离子共聚物，选择结构匹配的离子液体，通过带电荷基团之间的离子协同效应构筑了导电纳米通道，氢键作用实现了导电通道和动态交联网络之间的协同效应，所制备的本征可拉伸导体材料透明性好、可拉伸性能突出(10000%)[35]；基于聚阴离子和聚阳离子间的弱氢键相互作用构筑了一种聚离子弹性体，所得聚离子弹性体高度透明，具有接近生物组织的力学性能和感知功能，并且可以实现同步的致动和反馈效果[36]；利用含氟聚离子液体与离子液体之间的离子-偶极和离子-离子相互作用，设计了一种可水下通信的光学伪装离子凝胶，该离子凝胶透明、力学性能可调、可3D打印，且具有水下自愈合、水下黏附、导离子等功能[37]. 二维相关红外光谱的优势在于从动态过程中识别体系的精细结构和复杂相互作用，因而是研究离子凝胶/弹性体中分子相互作用机制的有效手段.通过合理调控分子间/内相互作用，设计制备了一种基于天然小分子α-硫辛酸(α-thioctic acid, TA)的可涂覆离子凝胶油墨(图5)[38]. 在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯([EMI][ES])存在的条件下，TA室温即可进行浓度诱导的自发开环聚合，得到稳定、透明、高拉伸且自愈合的离子凝胶弹性体. 该弹性体易溶于乙醇，因而能够方便地涂覆到任意表面，赋予涂覆体稳定的离子导电能力和应变感知功能. 利用红外光谱等手段探讨了离子凝胶中离子液体对聚硫辛酸(polyTA)的稳定机制：相比于纯的polyTA体系，离子凝胶的COOH伸缩振动区域在1734 cm-1出现了明显的肩峰，而离子液体的S＝O伸缩振动峰在离子凝胶中呈现了明显的红移，表明polyTA的羧基与硫酸乙酯阴离子形成了COOH… [ES]氢键. 分子动力学模拟结果表明了COOH… [ES]氢键的热力学稳定性，同时该氢键能够有效降低polyTA的势能. 因此，离子液体主要通过阴离子ES与polyTA基间形成强氢键而稳定polyTA. 二维相关红外光谱则揭示了离子凝胶升温过程不同化学基团的响应次序：COOH… [ES]氢键→羧酸二聚体→自由羧基，说明COOH… [ES]氢键对温度变化最敏感，进一步证实了COOH… [ES]氢键对于稳定polyTA离子凝胶的重要作用. Fig. 5 (a) Schematic illustration of the COOH[ES] H-bonding in the ionogel (b) ATR-FTIR spectral comparison among ionogel, [EMI][ES] and neat polyTA (c) Temperature-variable FTIR spectra of the ionogel in the C＝O stretching region from 25 °C to 151 °C Perturbation-correlation moving window (d) and 2D correlation synchronous and asynchronous spectra (e) generated from (c). (Reprinted with permission from Ref.[38] Copyright (2021) Wiley).受指纹结构启发，构筑了一种具有共形和可重复编辑褶皱结构的本征可拉伸离子导电芯鞘纤维[39]，其中，纤维芯层为离子凝胶弹性体，鞘层为氟橡胶，芯鞘界面借助共价交联网络和离子-偶极相互作用实现协同拓扑互锁和物理黏附. 经过表面褶皱结构的优化，该离子纤维拉伸应变感知灵敏度(gauge factor)可提升至10以上，超过了绝大多数可拉伸离子导体应变传感器. 利用红外光谱对离子凝胶芯层的分子相互作用进行研究，发现其中涉及了离子液体阳离子咪唑环上C―H与聚合物侧基乙氧基间的氢键、聚合物链段C＝O间的偶极-偶极相互作用、离子液体阴-阳离子间的弱静电相互作用等，而这些都对离子凝胶的高拉伸行为做出了重要贡献. 基于对芯层和鞘层力学性能的研究，发现表面褶皱形成的主要原因在于，高模量的氟橡胶鞘层弹性回复率显著低于离子凝胶芯层，在应变回复过程中造成了芯层和鞘层的界面失稳. 随着预应变的增加，弹性回复率差异变大，从而导致更加密集的褶皱结构. 此外，形成的表面褶皱可通过加热至60 ℃完全消除，从而赋予纤维可重复编辑褶皱的能力. 二维相关红外光谱揭示了离子凝胶芯层高温下残余应变的消除主要源于聚合物链段C＝O间偶极-偶极相互作用的减弱和构象重排，而氟橡胶鞘层由C―F间偶极-偶极相互作用锚定的链构象也可以通过加热消除.通过在强氢键交联的PAA网络中引入熵驱动的弱交联两性离子超分子网络，产生竞争机制，设计制备了一系列透明、抗冻、保湿、黏附、高拉伸、高回弹、自愈合、应变硬化、导质子、可重复加工等综合性能优异的离子皮肤(图6)[40]. 不同于传统水凝胶和离子凝胶，该离子弹性体不含大量溶剂，仅含有少量达到吸湿平衡的水分子，这使得分子间的羧酸二聚体氢键足以交联PAA分子链而形成强交联网络，而弱交联的两性离子超分子网络则提供柔性. 通过红外光谱、核磁共振谱和力学松弛等实验探讨了这一二元网络体系中的分子相互作用. 其中，具有较低pKa值的两性离子的存在使得PAA轻度去质子化，游离的质子是主要载流子. 去质子化的PAA与两性离子的阳离子端也可以发生离子缔合. 利用变温红外光谱并结合二维相关光谱分析，验证了体系中的3种主要分子相互作用，并根据它们对于温度的响应顺序判别了其结合强度，即PAA链段羧酸二聚体氢键 PAA-甜菜碱离子相互作用 甜菜碱-甜菜碱离子相互作用，这一光谱表征结果为该离子皮肤强弱协同竞争网络的分子设计提供了重要依据. Fig. 6 (a) Temperature-variable FTIR spectra of PAA/betaine ionic elastomer upon heating (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra generated from (a) FTIR (c) and 1H-NMR (d) spectra of PAA, betaine, and PAA/betaine (e) Schematic illustration of PAA/betaine elastomer and the order of interaction strength among the three main interacting pairs (Reprinted with permission from Ref.[40] Copyright (2021) Springer Nature).3.3 小分子在聚合物基质中的扩散聚合物生产和加工的许多工序都涉及小分子物质在聚合物基体的扩散，研究这类扩散行为具有重要的理论和实践意义. ATR-FTIR光谱可对小分子在聚合物基质中的扩散过程进行实时、原位、快速、多组分检测，能够同时获取扩散系数和分子层面相互作用等信息. 扩散装置示意图如图7所示，聚合物基体处于ATR晶体和扩散物质之间，当扩散物质从聚合物基体的上表面扩散至下表面时即可被检测到. 随着时间的增加，与扩散物质相关的特征吸收峰强逐渐增大直至扩散平衡(扩散谱图，图7(b)). 以扩散时间为横坐标、扩散物质特征吸收峰强度/面积为纵坐标作图，即可得到扩散曲线(图7(c)). 结合二维相关光谱分析，可以提供动态扩散过程结构与相互作用的变化信息，有助于解析扩散机制[41~45].Fig. 7 (a) Schematic illustration of the diffusion experiments by ATR-FTIR spectroscopy (b) typical diffusion spectra (c) a typical diffusion curve.基于朗伯比尔定律和菲克扩散模型，Fieldson等[46]建立了基于ATR-FTIR光谱测试计算扩散系数的公式：其中这里，At为扩散时间t时，特征红外吸收峰的强度或面积；A∞为扩散达到平衡时，特征红外吸收峰的强度或面积；L为聚合物薄膜基体的厚度；D为扩散剂的扩散系数；γ为光波在聚合物基体中渗透深度的倒数，可表示为：其中，θ (θ = 45o)为红外光的入射角；n1和n2分别为聚合物和ATR晶体的折光指数；λ为红外光的波长. 基于以上扩散方程对ATR-FTIR光谱测试得到的扩散曲线进行拟合，即可得到相关扩散系数. 此外，根据曲线拟合情况可以判断该扩散过程的扩散模型.利用时间分辨ATR-FTIR光谱并结合二维相关光谱分析技术对水分子在乙基纤维素(EC)基薄膜中的扩散行为进行系统研究[47]. 分析表明，水分子在EC中的扩散行为符合菲克扩散模型，通过对扩散曲线的拟合计算得到了相关的扩散系数. 此外，探讨了EC中增塑剂(柠檬酸三乙酯)含量对水分子扩散行为的影响，结果表明，增塑剂的添加不影响水分子的扩散模型，主要起到加速水分子扩散的作用，这主要源于增塑剂的加入改善了EC链的活动性而提高了EC基体的自由体积(free volume). 利用二维相关光谱对水分子羟基伸缩振动区域扩散谱图进行解析，观察到在整个扩散过程中，主要存在着4种类型的水分子，即本体水(强氢键作用)、团簇水(中等强度氢键作用)、相对自由的水分子(弱氢键作用)以及自由的水分子(极弱氢键作用). 依据Noda规则，判别出不同状态水分子扩散的先后顺序：团簇水→本体水→相对自由的水分子或自由的水分子，表明扩散首先来自体积较小、相对弱氢键结合的团簇水，其次才是大量的本体水，而随着扩散过程的进行，部分水分子与聚合物基体相互作用而脱离团簇水或本体水，产生了(相对)自由的水分子.EC被广泛用作药物包衣材料以实现药物缓释的功能，利用ATR-FTIR光谱对药物分子在EC基薄膜中的扩散行为进行实时监测可以有效模拟这一药物缓释过程(图8)，从而为EC基药物包衣材料的配方优化提供理论指导[48]. 扩散谱图直观呈现了体系中各组分的变化情况，包括水分子(1637 cm-1)和药物分子(1569 cm-1)特征吸收峰强度的上升，增塑剂(1737 cm-1)特征吸收峰强度的下降等，表明水分子和药物分子在EC基薄膜中的扩散以及薄膜中增塑剂的部分溶解. 定量分析结果表明，扩散主要包含3个阶段：(A)水分子扩散；(B) EC膜吸水饱和，水扩散停止并溶解EC基体中的致孔剂；(C) 随着致孔剂的溶解，EC薄膜中形成孔道，使得药物分子和水分子共同扩散，同时增塑剂溶解. 二维相关红外光谱分析结果进一步证实了C阶段的各组分变化顺序：水分子扩散→药物分子扩散→增塑剂溶解，并且显示药物分子始终处于水合状态. 此外，通过改变药物分子的水溶性、致孔剂的种类以探讨膜配方对扩散行为的影响，结果表明随着致孔剂水溶性的增加和/或药物分子水溶性的降低，B阶段将缩短甚至消除. Fig. 8 (a) Time-resolved ATR-FTIR spectra collected during the water and drug diffusion (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra during the diffusion of Stage C (c) Schematic illustration of water and drug diffusion across the EC-based film (Reprinted with permission from Ref.[48] Copyright (2015) Elsevier).氢氧化物/尿素是溶解纤维素的重要组合，其中尿素可稳定纤维素的疏水部分，有利于形成包合物从而促进纤维素的溶解. 在分子层面上，尿素溶液对纤维素的作用机理尚不明确. 采用ATR-FTIR光谱并结合二维相关光谱衍生的外扰相关移动窗口(perturbation-correlation moving window，PCMW)技术研究了不同浓度尿素水溶液(0，20 wt%、40 wt%和50 wt%)在黏胶纤维膜中的扩散行为，在分子水平揭示了尿素溶液的动态扩散行为以及与黏胶纤维的相互作用机制[49]. 从扩散谱图的变化规律以及对应的扩散曲线看，尿素溶液的扩散过程可大致分为2个步骤，水分子首先通过黏胶纤维膜，随后带动尿素分子一起通过. PCMW谱图显示，尿素浓度越高，尿素分子扩散滞后现象越明显. 根据菲克扩散模型，尿素分子在黏胶纤维膜的扩散系数随尿素浓度的增加而减小. 在红外光谱中，特征谱峰出现位移表明相应官能团相互作用的变化. 基于扩散过程Amide Ⅲ(尿素)和CH2-O(6)H伸缩振动(纤维素)的峰位移变化趋势，尿素水溶液在黏胶纤维中的扩散过程可以概括为：首先水分子破坏黏胶纤维膜无定形区的氢键网络，与羟基形成新的纤维素-水氢键，随后尿素分子在水分子的“桥连”作用下形成纤维素-水-尿素氢键，从而间接作用于纤维素. 低浓度下，水分子相对含量较大，可以快速打开扩散通道带动尿素分子通过黏胶纤维膜. 而高浓度下，尿素分子发生聚集且固定了大量水分子，从而在宏观上延缓了尿素溶液的扩散.热转移印花是纺织品印花方法之一，本质上是分散染料向聚酯纤维动态扩散的过程. 借助ATR-FTIR光谱对分散红9 (DR 9)在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜中的扩散过程进行了原位跟踪，模拟了热转移印花过程，并结合二维相关光谱探讨了分散染料-分散染料、分散染料-PET相互作用机制，在分子水平上阐释了其扩散机理(图9)[50]. DR 9在PET薄膜中的扩散过程符合菲克扩散模型. 温度越高，扩散速度越快，这主要归因于：(1) 温度升高导致了PET基体自由体积的增加和分子链热运动的增强；(2) DR 9在高温下分子运动的增强. 此外，将不同温度下的扩散系数按照Arrhenius公式进行线性拟合，可以计算得到DR 9在PET中扩散活化能为15.33 kJ/mol. 通过对扩散过程中不同阶段的红外谱图进行对比，观察到了体系中存在丰富的分子间/内相互作用，包括PET和DR 9的C＝O基团间偶极-偶极相互作用、芳香基团间π-π相互作用以及DR 9分子内氢键等. 二维相关红外光谱分析进一步细化了扩散体系中不同化学基团的分子间/内相互作用及其在扩散过程中的变化情况. 高温下，随着DR 9分子热运动增强，DR 9分子之间的相互作用减弱. 借助DR 9和PET中C＝O基团之间的偶极-偶极相互作用，DR 9扩散进入PET基体. 在扩散过程中，DR 9中形成了较强的分子内氢键，从而提高了DR 9的平面性，促进了扩散过程. 随着越来越多的DR 9分子扩散到PET基体中，DR 9和PET的芳香基团之间的π-π相互作用成为主导，DR 9的分子内氢键减弱. Fig. 9 (a) Time-resolved ATR-FTIR spectra and (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra of DR 9 diffusion in PET at 140 ℃ (c) Schematic diagram of DR 9 diffusion into PET (Reprinted with permission from Ref.[50] Copyright (2020) American Chemical Society).采用时间分辨ATR-FTIR光谱对不同温度下碳酸丙烯酯(PC)-双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))中的扩散行为进行了原位监测，同时获得了凝胶聚合物电解质中各扩散组分的扩散系数和分子层面相互作用信息[51]. 基于PC中C＝O伸缩振动区域的二阶导数分析，推断出PC在凝胶电解质主要存在四种状态，即与P(VDF-HFP)发生偶极-偶极相互作、PC分子间发生偶极-偶极相互作用、与锂离子发生强离子-偶极相互作用、与锂离子发生弱离子-偶极相互作用. 同时，LiTFSI参与的分子相互作用也得以识别，包括锂离子与PC中C＝O之间的离子-偶极相互作用，锂离子与P(VDF-HFP)中C―F之间的离子-偶极相互作用、TFSI-的溶剂化作用等. 扩散过程中，首先是PC分子以溶剂团簇的形式扩散进入P(VDF-HFP)，PC分子中的C＝O与P(VDF-HFP)中的C―F发生偶极-偶极相互作用，一定程度减弱了P(VDF-HFP)聚合物链间的偶极-偶极相互作用，从而有利于锂盐的扩散. 随后，借助锂离子与C＝O的离子-偶极相互作用，锂离子随着PC分子扩散进入P(VDF-HFP)，TFSI-在扩散过程中也一直处于溶剂化状态. 这里，PC分子既充当了增塑剂的角色，同时也是离子(包括阴离子和阳离子)扩散的载体. 本工作在分子水平上揭示了PC-LiTFSI在P(VDF-HFP)的传导机制，对高性能凝胶聚合物电解质的结构设计和性能优化具有一定的指导意义.3.4 天然高分子的结构表征海藻酸钠(SA)作为一类天然多糖，生产成本低、无毒且具有良好的生物相容性、可降解性，在食品工业、制药、纺织印染等领域得到了广泛应用. 随着实验室和工业对SA的日趋重视，理解SA内部的氢键结构也变得越发重要. 利用红外光谱对SA升温过程特征基团的变化进行原位监测，结合二维相关光谱等分析手段从分子水平研究了SA体系的相互作用机制，探讨了温度扰动下SA分子间/内、SA与水分子间氢键结构的演变历程[52]. 研究发现，加热过程可分为30~60 ℃和60~170 ℃ 2个阶段：第一阶段为弱氢键结合的水分子脱除，第二阶段为强氢键结合的水分子脱除. 二维相关红外光谱结果表明：30~60 ℃区间内，随脱水过程发生，SA与水分子的氢键逐步断裂，SA中C―OH和COO-基团逐渐参与形成分子间/内氢键(O3H3⋯O5和O2H2⋯O＝C―O-)，因此水分子的存在一定程度破坏了SA中原有的氢键结构；60~170 ℃区间内，强结合水脱除，SA与水分子的氢键进一步断裂，同时SA分子间/内氢键相互作用逐步减弱，出现了部分相对自由的C―OH和COO-基团(图10). 由于相对自由的COO-比C―OH更早出现，可以推测C―OH形成的分子间/内氢键相互作用比COO-更强.Fig. 10 2D synchronous and asynchronous spectra of the SA film during heating between (a) 30-60 °C and (b) 60-170 °C (c) Schematic illustration of the heat-induced hydrogen bonding transformation in the SA film[52] (Reprinted with permission from Ref.[52] Copyright (2019) Elsevier).多元羧酸与纤维素的羟基反应，能使纤维素大分子间形成立体的交联网络结构，从而赋予棉纤维织物抗皱性能. 1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)作为一类典型的用于棉纤维织物抗皱整理的多元羧酸，其与纤维素的酯化过程受到了广泛关注，但其中关于分子水平相互作用机制及动态反应机理仍不清晰. 利用FTIR光谱对加热过程中纤维素与BTCA在催化剂次亚磷酸钠(SHP)作用下的酯化反应过程进行原位跟踪，并借助二维相关光谱分析技术探讨了该反应的分子机理，重点关注了分子层面相互作用机制以及反应全过程中的化学基团转变历程[53]. 分析表明，室温下，体系中的O―H和C＝O等极性基团有强氢键相互作用. SHP存在时，碱金属离子(Na+)与羧基反应并将其转化为相应的羧酸盐，从而一定程度削弱了BTCA间的氢键相互作用. 在30~100 ℃的加热过程中，体系中的氢键部分断裂，导致一些O―H和C＝O处于相对自由的状态. 这里，SHP的存在和加热过程都会导致体系中氢键相互作用的减弱，从而使相应的化学基团更自由，有利于酸酐生成和酯化反应. 当加热至100 ℃以上后，羧酸盐和自由羧酸开始脱水形成环酐. 一旦形成环酐，就会与纤维素大分子链上的O―H反应生成酯. 通过逐步成酐和酯化反应过程，BTCA实现了对纤维素的交联. 该结果对多元羧酸的抗皱整理工艺优化及寻找更有效的多元羧酸类抗皱整理剂和催化剂具有一定的指导作用.4 总结与展望本文主要介绍了二维相关光谱的基本原理、实验和分析技巧等，并结合具体的体系(如温度响应高分子、可拉伸离子导体、小分子在聚合物中的扩散过程、天然高分子等)，简述了二维相关光谱在高分子表征中的应用. 这里，二维相关光谱不仅能够有效鉴别高分子体系涉及的丰富相互作用，还能提供外扰作用下动态过程发生的分子机制. 相关研究结果一方面有助于启发新型功能高分子材料的结构设计，另一方面也可以为实际工艺过程的配方优化和参数调整提供指导.二维相关光谱作为一种先进的光谱分析手段，在高分子材料体系的表征中得到了越来越多的关注. 随着高分子材料涉及的体系越来越复杂、功能越来越强大，这为二维相关光谱的应用提供了更多的机遇，但同时也带来了更多的挑战. 在后续的研究工作中，二维相关光谱分析可以重点关注以下几方面：(1) 光谱手段的多样性. 目前关于二维相关光谱在高分子体系中的应用主要是基于中红外光谱，关注的是分子层面相互作用信息. 一方面，中红外光谱也有一定的局限性，例如低浓度溶液体系信号弱、水的吸收峰干扰严重等. 对于中红外光谱难以表征的体系，可以尝试其他分子光谱手段，如拉曼光谱、近红外光谱等，开展二维相关光谱分析. 另一方面，其他光谱手段，包括荧光光谱、圆二色谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射谱等，都可以进行二维相关光谱分析，以获取多层面丰富的结构信息. 目前，这些光谱在处理二维相关分析时，大部分因信噪比低而导致噪音被显著放大，使得结构解析变得困难，如何有效解决这一问题是丰富二维相关分析光谱手段的关键.(2) 外扰变量的丰富性. 时间、温度便于控制，是目前获取动态光谱最常用的外扰变量. 然而，影响高分子结构和性能的因素是多种多样的，例如湿度变化能够引起高分子力学性质的改变、紫外光照射可以引起高分子的老化等，尤其是刺激响应高分子，可以对温度、压力、电场、磁场、pH、浓度等丰富的外扰产生响应，引起物理或化学性质的变化. 最近，Li等[54]利用二维相关红外光谱研究了乙醇诱导聚丙烯酰胺/Pluronic 127水凝胶相分离的机理，获取了氢键解离和无定形-结晶转变等信息. 因此，利用二维相关光谱探讨不同刺激下高分子结构的演变机制，将进一步拓宽二维相关光谱的应用范围. 需要注意的是，对于测试过程无法原位施加的外扰变量，应尽量避免其他因素改变而引起的光谱变化，否则将影响二维相关光谱分析结果的真实性和可靠性.(3) 多种分析手段的关联. 一方面，通过二维相关光谱交叉谱的计算和解析，可以将不同分析手段所得结果进行关联，这能够帮助理解高分子不同层面结构的内在联系. 另一方，二维相关光谱分析结果涉及丰富的相互作用和结构变化，经过与其他分析表征手段的结果进行比对和相互验证，可有效加深人们对二维相关光谱分析结果的理解. 参考文献1Ernst R R, Bodenhausen G, Wokaun A. 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J Phys Chem B, 2008, 112(10): 2880-2887. doi:10.1021/jp075729+ 44Wang M, Wu P, Sengupta S S, Chadhary B I, Cogen J M, Li B. Ind Eng Chem Res, 2011, 50(10): 6447-6454. doi:10.1021/ie102221a 45Lai H, Wang Z, Wu P, Chaudhary B I, Sengupta S S, Cogen J M, Li B. Ind Eng Chem Res, 2012, 51(27): 9365-9375. doi:10.1021/ie300007m 46Fieldson G T, Barbari T A. Polymer, 1993, 34(6): 1146-1153. doi:10.1016/0032-3861(93)90765-3 47Hou L, Feng K, Wu P, Gao H. Cellulose, 2014, 21(6): 4009-4017. doi:10.1007/s10570-014-0458-1 48Feng K, Hou L, Schoener C A, Wu P, Gao H. Eur J Pharm Biopharm, 2015, 93: 46-51. doi:10.1016/j.ejpb.2015.03.011 49Dong Y, Hou L, Wu P. Cellulose, 2020, 27(5): 2403-2415. doi:10.1007/s10570-020-02997-y 50Yan L, Hou L, Sun S, Wu P. Ind Eng Chem Res, 2020, 59(16): 7398-7404. doi:10.1021/acs.iecr.9b07110 51Li H, Hou L, Wu P. Chinese J Polym Sci, 2021, 39(8): 975-983. doi:10.1007/s10118-021-2571-6 52Hou L, Wu P. Carbohydr Polym, 2019, 205: 420-426. doi:10.1016/j.carbpol.2018.10.091 53Hou L, Wu P. Cellulose, 2019, 26(4): 2759-2769. doi:10.1007/s10570-019-02255-w 54Li Y, Wang D, Wen J, Liu J, Zhang D, Li J, Chu H. Adv Funct Mater, 2021, 31(22): 2011259. doi:10.1002/adfm.202011259 《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304原文链接：http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2021.21362DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2021.21362

热老化塑料谱库在食品、制药、电子电器、汽车等各个领域，因混入异物而引起的问题不断出现。异物的种类繁多，根据生产线以及使用环境的不同，周边使用的塑料零件会因为随时间降解或热老化而变得脆弱，从而会导致其一部分脱落发生混入。 而FTIR最适合用于分析此类塑料异物，但由于发生热老化或氧化的塑料红外光谱形状与老化前的光谱不同，因此，市售的塑料谱库难以匹配（即使匹配其光谱也似像非像），不易进行有效鉴别、定性。 该热老化塑料谱库收录了加热老化后的塑料红外光谱，对市售谱库难以涵盖的受热变化后的异物及不良品等未知样品的分析十分有效。 特点● 岛津特别制作的谱库，其中收录了静冈县工业技术研究所滨松工业技术支援中心所测量、获取的加热老化塑料IR光谱。● 包括13种常见塑料，未加热以及200℃～400℃热老化的结果。● 数据通过显微透射法测量，但在单次反射ATR测量法的基础上使用LabSolutions IR的高级ATR校正，便能以较高的匹配率进行检索。 适用领域● 各类异物分析-食品、制药、电子电器、汽车、石油化工等领域。● 受托分析等。 电镀零件上的异物分析示例电镀加工品中发现了半透明淡褐色异物。在测量该部分时会形成复杂的红外光谱，直接通过普通聚合物谱库检索无法匹配到相同结果。但通过热老化塑料谱库检索时，可以发现其属于热老化的聚乙烯。 继而可以了解到，该零件的包装用塑料袋脱落碎片附着在零件上，在之后的热处理工序中发生了氧化。 系列产品 紫外光照老化塑料谱库岛津特别制作的谱库，使用岩崎电气株式会社生产的加速老化人工环境气候箱，将照射了紫外光（强度为150 mW/cm2）后样品的红外光谱制作为数据库并进行收录。其中包括14种常见塑料，收录了未照射以及照射了1～550小时紫外线的样品，合计200张以上的光谱。 异物谱库异物谱库是指通过FTIR及EDX测量市政自来水部门以及食品制造商提供的实际异物所得的数据构成的谱库。与只收集纯品的普通谱库不同，该谱库收集了大量实际异物的光谱，因此大幅提升了异物光谱检索的精度。配合热老化塑料谱库，可以高效地分析异物。

红外碳硫分析仪器在测定合金钢中超低碳硫的应用 南京麒麟分析仪器的老客户-----福州金嘉利有限公司主要生产管机接头，检测钢，合金钢等材料，多年前购买了南京麒麟的电弧红外碳硫分析仪器QL- HW2000E（C）型, 此款产品采用红外吸收峰，根据CO2与SO2能选择性地吸收红外光这一原理，以标准样品通过测量池探测器接收的能量为参比，经计算机数据处理后得到试样中碳跟硫的含量。 碳是钢铁中的重要元素，是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。随着C的增加，钢铁的硬度和强度提高，而韧性和塑性却变差，使钢变脆且难于加工；随着C的减少，钢的韧性得到增强。碳的测定方法有气体容量法、吸收重量法、电导法、电量法、非水滴定法、光度滴定及红外吸收法等。 硫是钢中的有害元素，可引起钢的热脆性，降低钢的机械性能，使疲劳极限、塑性和耐磨性下降，影响钢件的使用寿命。测定硫的方法有滴定法、电导法、红外线法等。 南京麒麟的此款电弧红外碳硫分析仪主要就是利用红外吸收法，针对于测量含量较低或较高的碳元素跟硫元素，具有测量范围宽、抗干扰能力强、功能齐全、操作简单、分析结果快速准确等特点, 2009年认定为江苏省名牌产品。更多产品资料请登陆以下网站高频红外碳硫分析仪 http://www.jqilin.com红外碳硫仪 http://www.qilinyiqi88.com元素分析仪 http://www.qlfxy.com多元素分析仪 http://www.jqilin.net火花直读光谱仪 http://www.njqlyq.com碳硫分析仪器 http://www.njqilin.com南京麒麟科学仪器集团有限公司检测中心马工

近红外光谱分析技术在玉米品质检测中的应用近红外应用”1介绍玉米是我国重要的粮食作物。根据国家统计局数据显示，我国 2021 年玉米播种面 4332 万 hm2，玉米产量达 2.7 亿 t。玉米中的水分、蛋白质、脂肪、糖类等主要化学成分含量会直接影响到玉米的经济效益。化学成分含量的测定已成为原料品质评价中的重要环节。玉米种子作为生产中最基本的资料，其质量的好坏直接影响玉米的产量及品质。玉米品质指标（水分、蛋白质、淀粉等）的检测常用理化方法，安全指标（毒素等）的检测使用液相等物理或化学方法，可用冷浸法等对种质品质进行分析，但这些方法均会对样本本身造成破坏，存在处理时间较长以及需要专业人员操作、仪器成本高等缺点。因此，探究一种可以对玉米进行无损、快速检测技术显得尤为重要。近红外光谱分析技术具有样品不需复杂耗时的前处理、无损耗、多成分同时分析、无污染的检测优势，近年来得到了广泛关注。近红外光谱分析技术是利用物质对光的吸收、散射、反射与透射等特性对待测物进行分析的检测技术，通过样品的吸收光谱及理化分析结果可对样品进行定性或定量分析。近红外光谱分析技术的检测步骤为使用化学计量法对近红外光谱数据进行预处理及建立模型，将样本的预测集通过模型进行检测，验证模型是否精准，并对模型进行评价及优化。近红外光谱技术常用处理方法，由于近红外光谱中强大的背景信息造成的噪声干扰和存在冗余变量，导致从样品的近红外光谱中提取与检测目标相关的信息较困难，因此，需对光谱数据进行预处理。常用的光谱预处理方法有去噪自编码器（DAE）、正交信号校正法（OSC）、标准正态变换（SNV）、多元散射校正（MSC）等。2近红外光谱技术模型评价指标定量模型评价指标 评价近红外光谱定量模型预测准确性的实质是模型的预测结果与样品结果的接近程度，评价预测模型一般采用校正决定系数（R2c）、验证决定系数（R2v）、校正相关系数（Rc）、验证相关系数（Rv）、校正均方根误差（RMSEC）、验证均方 根 误 差（RMSEV） 和 相 对 分 析 误 差（RPD）等参数，决定系数与相关系数是预测值与使用化学方法检测出的真值样本集相关性的标准，通常 R2c、R2v、Rc、Rv 越大时，认为所建模型效果越好；RMSEC 和 RMSEV 是校正集与验证集的预测值和使用化学方法检测出的真值之间差异大小的量度，RMSEC 和 RMSEV 越小，认为所建模型性能越优；RPD 是衡量模型可靠性的指标，当 RPD3，认为所建立的预测模型可靠性较高，3RPD2.5，认为模型可用于分析；RPD2.5 时，则表明模型分析难以进行。定性模型评价指标 近红外光谱技术在定性分析中多用于样品分类，常用判定指标有正确率、敏感性、特异性等。相关检测设备从采样现场到实验室快速无损检测样品的指标，主要包括水分、脂肪、蛋白、灰分等。可以帮助企业优化生产过程，控制最终产品质量，提高利润。近红外光谱仪检测过程无需化学试剂，可大大降低实验室湿化学成本。检测快速，可大大减少操作人员的劳动力，降低使用门槛，节约管理费用。▲ 步琦近红外光谱仪 ProxiMate防水型不锈钢外壳，入口防护等级为 IP69，可进行高压管冲洗，即使是最苛刻的工作环境也能满足多种即时可用的预校准，适用性广泛直观的现触摸屏界面，简单、明了样品使用磁耦合驱动装置旋转器，分析完成后该装置可拆除，轻松清洁允许用户利用近红外光，可见光或将两种信号结合来提高测量性能和全面评估样品，从而使其测量性能达到最大化3相关模型参数ProductParameterRangeSpectraSEPMaizeStarch16-76%6553.5MaizeFat3.14 -5.352980.2MaizeProtein6-21%6821.3MaizeMoisture7-13%6820.5MaizeAsh1-8%3070.04步琦公司为您提供完整的玉米检测解决方案，同时提供定制化服务和使用，欢迎用户前往我司实地参观考察。

紫外-可见-近红外分光光度计是分析光学材料的主要工具。材料样品形状各异（如薄膜、透镜、小尺寸、大尺寸等），测量要求多变（透过、反射、角度、偏振等），对分光光度计有很高的要求。作为世界一流的光谱仪器制造商，日立高新技术公司高度关注此方面，在此为大家介绍光学材料领域的最新应用和解决方案。 　　在3月24日上午10:00-12:00的网络讲堂上，我们将以“日立紫外可见近红外分光光度计在材料分析中的最新应用和通用技巧”为主题，给大家介绍镀膜材料、偏振片、棱镜、遮热涂料等典型样品的应用实例，对光学性能分析常见的问题，分析原因并提供测量建议，期待大家的参与！? 报名网址：http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/1791关于日立UH4150紫外-可见-近红外分光光度计，请点击：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C185793.htm 关于日立高新技术公司： 日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。更多信息敬请关注：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/

基本信息 关键内容： 红外热成像仪,超声波清洗器,测温仪,水质分析仪 开标时间： 2021-10-27 10:00 采购金额： 3847.71万元 采购单位： 湖南省消防救援总队 采购联系人： 喻海洋 采购联系方式： 立即查看 招标代理机构： 湖南中投项目管理有限公司 代理联系人： 王莎莎 代理联系方式： 立即查看 详细信息 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目（子项四）公开招标公告 湖南省-长沙市-岳麓区 状态：公告 更新时间： 2021-09-29 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目（子项四）公开招标公告 【发稿时间 ：2021-09-29】 项目概况 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目 招标项目的潜在投标人应在湖南省公共资源交易中心服务平台(http://www.hnsggzy.com/)获取招标文件，并于2021年10月27日 10点00分（北京时间）前递交投标文件。 一、项目基本情况 项目编号：HNZT-2021ZF260 项目名称：湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目 预算金额：3847.7075000 万元（人民币） 最高限价（如有）：3847.7070000 万元（人民币） 采购需求： 包号 品目序号 标的名称 单位 采购数量 包采购预算（元） 包采购最高限价（元） 包1 1 无齿锯 台 97 2499000 2499000 2 机动链锯 台 101 3 双轮异向切割锯 台 18 包2 4 混凝土液压破拆工具组 套 2 1464400 1464400 5 气动切割刀 把 6 6 冲击钻 台 3 7 凿岩机 台 5 8 便携式汽油金属切割器 台 2 9 金属弧水陆切割器 台 1 10 手动破拆工具组 套 44 11 玻璃破碎器 套 96 12 多功能刀具 套 293 13 液压千斤顶 个 26 14 液压开门器 个 25 15 毁锁器 个 33 16 多功能挠钩 套 39 17 绝缘剪断钳 把 210 包3 18 有毒气体探测仪 台 38 2909000 2909000 19 军事毒剂侦检仪 套 2 20 可燃气体检测仪 台 38 21 核放射探测仪 台 6 22 电子酸碱测试仪 台 11 23 便携式危险化学品检测片 套 12 24 水质分析仪 台 7 25 电子气象仪 台 14 26 音频生命探测仪 套 8 27 视频生命探测仪 套 2 28 漏电探测仪 台 79 29 测温仪 台 62 30 激光测距仪 台 42 31 声呐探测仪 套 2 包4 32 消防用红外热像仪 台 28 1960000 1960000 包5 33 外封式堵漏袋 套 4 1637700 1637700 34 捆绑式堵漏袋 套 5 35 下水道阻流袋 套 2 36 金属堵漏套管 套 17 37 堵漏枪 套 4 38 阀门堵漏套具 套 4 39 注入式堵漏工具 套 13 40 磁压式堵漏工具 套 6 41 木制堵漏楔 套 17 42 气动式吸盘堵漏器 套 2 43 无火花工具 套 28 44 公众洗消帐篷 个 6 45 单人洗消帐篷 个 41 46 简易洗消喷淋器 个 17 47 强酸、碱洗消器 个 6 48 强酸、碱洗消剂 千克 40 49 生化洗消装置 套 1 50 3合1强氧化洗消粉 千克 90 51 3合2洗消剂 千克 106 52 有机磷降解酶 千克 20 53 洗消粉 千克 78 54 手动隔膜抽吸泵 台 2 55 防爆输转泵 台 1 56 排污泵 台 3 57 有毒物质密封桶 套 7 58 围油栏 套 2 59 吸附垫 套 10 60 集污袋 套 6 包6 61 移动式排烟机 台 44 1663000 1663000 62 坑道小型空气输送机 台 12 63 大型水力排烟机 台 9 64 空气充填泵 台 9 65 防化服清洗烘干器 台 5 66 消防面罩超声波清洗机 台 4 包7 67 消防灭火机器人 台 3 3600000 3600000 包8 68 手抬机动消防泵 台 77 1802000 1802000 69 浮艇泵 台 26 包9 70 65水带 盘 12080 6644000 6644000 包10 71 80水带 盘 11942 7165200 7165200 包11 72 移动式手动 消防炮 个 24 2733900 2733900 73 移动式遥控消防炮 个 12 74 移动式自摆炮 个 17 75 水幕水带 盘 157 76 移动储水装置 个 17 77 二分水器（中压） 个 364 78 三分水器（中压） 个 379 79 异型异径接口 个 508 80 消防水带带压堵漏装置 套 32 81 多功能消防水枪 把 675 82 直流水枪 把 516 83 高倍数泡沫发生器 具 8 84 移动式细水雾灭火装置 套 5 包12 85 B类泡沫灭火泡沫 吨 368.25 2761875 2761870 包13 86 A类泡沫灭火剂 吨 61 1637000 1637000 87 高倍数泡沫灭火剂 吨 5 88 干粉灭火剂 吨 1 合同履行期限：详见招标文件 本项目( 不接受 )联合体投标。 二、申请人的资格要求： 1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定； 2.落实政府采购政策需满足的资格要求： 详见招标文件 3.本项目的特定资格要求：无 4、单位负责人为同一人或者存在直接控股、管理关系的不同投标人，不得参加同一合同项下的政府采购活动。 5、为本采购项目提供整体设计、规范编制或者项目管理、监理、检测等服务的，不得再参加此项目的其他招标采购活动。 6、列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单，列入政府采购严重违法失信行为记录名单的，拒绝其参与政府采购活动。 7、联合体投标。本次招标不接受联合体投标。联合体应当具备：/。 注：1）因湖南省公共资源交易服务平台系统原因，部分内容无法修改，本项目招标文件中“中国湖南政府采购网”均修改为“中国政府采购网”。 2）本项目招标文件中的质疑投诉事宜均以《政府采购质疑和投诉办法》（财政部令第94号）规定为准。 三、获取招标文件 时间：2021年09月29日 至 2021年10月12日，每天上午8:30至12:00，下午14:30至17:00。（北京时间，法定节假日除外） 地点：湖南省公共资源交易中心服务平台(http://www.hnsggzy.com/) 方式：投标人应在本项目获取招标文件截止时间前登录湖南省公共资源交易中心服务平台(https://www.hnsggzy.com/)中进入'办事大厅'-'场地预约'再进入'湖南省公共资源交易中心进场交易系统'进行'填写信息'“下载文件”操作,逾期将不能获取文件。修改、澄清后的招标文件请投标人按以上方式登录网站自行下载，恕不另行通知，如有遗漏投标人自行承担全部责任。 售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和 四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点 提交投标文件截止时间：2021年10月27日 10点00分（北京时间） 开标时间：2021年10月27日 10点00分（北京时间） 地点：网上提交（湖南省公共资源交易中心平台）(http://www.hnsggzy.com/) 五、公告期限 自本公告发布之日起5个工作日。 六、其他补充事宜 （1）“湖南省公共资源交易中心主页的下载中心模块（https://ggzy.hunan.gov.cn）”有投标人的注册以及操作流程说明、制作工具软件等相应操作手册。投标人使用电子投标遇到问题时，请及时向系统技术支持咨询，联系方式： 4009980000，QQ：484765148。 （2)湖南省公共资源交易服务平台(https://www.hnsggzy.com/)需使用数字证书登陆进行操作,尚未办理数字证书的供应商请及时登录网站查询、办理。 （3）投标人参与本项目的投标事宜,须办理至少以下数字证书:1.办理投标单位数字证书(含电子印章)。2.法人代表数字证书。3.被授权委托人数字证书。具体办理流程详见湖南省公共资源交易平台数字证书专区相关信息。数字证书(含电子印章)有关业务流程或电话咨询:0731-82210016 4006682666。 (4)本项目为政府采购电子标，投标人按招标公告相关要求至指定地点下载招标文件。 (5)子项四样品的递交时间为：2021年10月27日上午7:30-10点00分（北京时间），关于样品的具体要求详见招标文件。 七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。 1.采购人信息 名 称：湖南省消防救援总队 地址：长沙市岳麓区枫林三路151号 联系方式：喻海洋 0731-88119286 2.采购代理机构信息 名 称：湖南中投项目管理有限公司 地 址：长沙市雨花区韶山中路489号万博汇名邸三期2008房 联系方式：王莎莎、谭晶晶、张志鹏， 0731-82255989；邮箱：hnztzbb@163.com 3.项目联系方式 项目联系人：喻海洋 电 话： 0731-88119286 × 扫码打开掌上仪信通App 查看联系方式 基本信息 关键内容：红外热成像仪,超声波清洗器,测温仪,水质分析仪 开标时间：2021-10-27 10:00 预算金额：3847.71万元 采购单位：湖南省消防救援总队 采购联系人：点击查看 采购联系方式：点击查看 招标代理机构：湖南中投项目管理有限公司 代理联系人：点击查看 代理联系方式：点击查看 详细信息 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目（子项四）公开招标公告 湖南省-长沙市-岳麓区 状态：公告 更新时间： 2021-09-29 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目（子项四）公开招标公告 【发稿时间 ：2021-09-29】 项目概况 湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目 招标项目的潜在投标人应在湖南省公共资源交易中心服务平台(http://www.hnsggzy.com/)获取招标文件，并于2021年10月27日 10点00分（北京时间）前递交投标文件。 一、项目基本情况 项目编号：HNZT-2021ZF260 项目名称：湖南省消防救援总队2021年全省装备采购项目 预算金额：3847.7075000 万元（人民币） 最高限价（如有）：3847.7070000 万元（人民币） 采购需求： 包号 品目序号 标的名称 单位 采购数量 包采购预算（元） 包采购最高限价（元） 包1 1 无齿锯 台 97 2499000 2499000 2 机动链锯 台 101 3 双轮异向切割锯 台 18 包2 4 混凝土液压破拆工具组 套 2 1464400 1464400 5 气动切割刀 把 6 6 冲击钻 台 3 7 凿岩机 台 5 8 便携式汽油金属切割器 台 2 9 金属弧水陆切割器 台 1 10 手动破拆工具组 套 44 11 玻璃破碎器 套 96 12 多功能刀具 套 293 13 液压千斤顶 个 26 14 液压开门器 个 25 15 毁锁器 个 33 16 多功能挠钩 套 39 17 绝缘剪断钳 把 210 包3 18 有毒气体探测仪 台 38 2909000 2909000 19 军事毒剂侦检仪 套 2 20 可燃气体检测仪 台 38 21 核放射探测仪 台 6 22 电子酸碱测试仪 台 11 23 便携式危险化学品检测片 套 12 24 水质分析仪 台 7 25 电子气象仪 台 14 26 音频生命探测仪 套 8 27 视频生命探测仪 套 2 28 漏电探测仪 台 79 29 测温仪 台 62 30 激光测距仪 台 42 31 声呐探测仪 套 2 包4 32 消防用红外热像仪 台 28 1960000 1960000 包5 33 外封式堵漏袋 套 4 1637700 1637700 34 捆绑式堵漏袋 套 5 35 下水道阻流袋 套 2 36 金属堵漏套管 套 17 37 堵漏枪 套 4 38 阀门堵漏套具 套 4 39 注入式堵漏工具 套 13 40 磁压式堵漏工具 套 6 41 木制堵漏楔 套 17 42 气动式吸盘堵漏器 套 2 43 无火花工具 套 28 44 公众洗消帐篷 个 6 45 单人洗消帐篷 个 41 46 简易洗消喷淋器 个 17 47 强酸、碱洗消器 个 6 48 强酸、碱洗消剂 千克 40 49 生化洗消装置 套 1 50 3合1强氧化洗消粉 千克 90 51 3合2洗消剂 千克 106 52 有机磷降解酶 千克 20 53 洗消粉 千克 78 54 手动隔膜抽吸泵 台 2 55 防爆输转泵 台 1 56 排污泵 台 3 57 有毒物质密封桶 套 7 58 围油栏 套 2 59 吸附垫 套 10 60 集污袋 套 6 包6 61 移动式排烟机 台 44 1663000 1663000 62 坑道小型空气输送机 台 12 63 大型水力排烟机 台 9 64 空气充填泵 台 9 65 防化服清洗烘干器 台 5 66 消防面罩超声波清洗机 台 4 包7 67 消防灭火机器人 台 3 3600000 3600000 包8 68 手抬机动消防泵 台 77 1802000 1802000 69 浮艇泵 台 26 包9 70 65水带 盘 12080 6644000 6644000 包10 71 80水带 盘 11942 7165200 7165200 包11 72 移动式手动 消防炮 个 24 2733900 2733900 73 移动式遥控消防炮 个 12 74 移动式自摆炮 个 17 75 水幕水带 盘 157 76 移动储水装置 个 17 77 二分水器（中压） 个 364 78 三分水器（中压） 个 379 79 异型异径接口 个 508 80 消防水带带压堵漏装置 套 32 81 多功能消防水枪 把 675 82 直流水枪 把 516 83 高倍数泡沫发生器 具 8 84 移动式细水雾灭火装置 套 5 包12 85 B类泡沫灭火泡沫 吨 368.25 2761875 2761870 包13 86 A类泡沫灭火剂 吨 61 1637000 1637000 87 高倍数泡沫灭火剂 吨 5 88 干粉灭火剂 吨 1 合同履行期限：详见招标文件 本项目( 不接受 )联合体投标。 二、申请人的资格要求： 1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定； 2.落实政府采购政策需满足的资格要求： 详见招标文件 3.本项目的特定资格要求：无 4、单位负责人为同一人或者存在直接控股、管理关系的不同投标人，不得参加同一合同项下的政府采购活动。 5、为本采购项目提供整体设计、规范编制或者项目管理、监理、检测等服务的，不得再参加此项目的其他招标采购活动。 6、列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单，列入政府采购严重违法失信行为记录名单的，拒绝其参与政府采购活动。 7、联合体投标。本次招标不接受联合体投标。联合体应当具备：/。 注：1）因湖南省公共资源交易服务平台系统原因，部分内容无法修改，本项目招标文件中“中国湖南政府采购网”均修改为“中国政府采购网”。 2）本项目招标文件中的质疑投诉事宜均以《政府采购质疑和投诉办法》（财政部令第94号）规定为准。 三、获取招标文件 时间：2021年09月29日 至 2021年10月12日，每天上午8:30至12:00，下午14:30至17:00。（北京时间，法定节假日除外） 地点：湖南省公共资源交易中心服务平台(http://www.hnsggzy.com/) 方式：投标人应在本项目获取招标文件截止时间前登录湖南省公共资源交易中心服务平台(https://www.hnsggzy.com/)中进入'办事大厅'-'场地预约'再进入'湖南省公共资源交易中心进场交易系统'进行'填写信息'“下载文件”操作,逾期将不能获取文件。修改、澄清后的招标文件请投标人按以上方式登录网站自行下载，恕不另行通知，如有遗漏投标人自行承担全部责任。 售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和 四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点 提交投标文件截止时间：2021年10月27日 10点00分（北京时间） 开标时间：2021年10月27日 10点00分（北京时间） 地点：网上提交（湖南省公共资源交易中心平台）(http://www.hnsggzy.com/) 五、公告期限 自本公告发布之日起5个工作日。 六、其他补充事宜 （1）“湖南省公共资源交易中心主页的下载中心模块（https://ggzy.hunan.gov.cn）”有投标人的注册以及操作流程说明、制作工具软件等相应操作手册。投标人使用电子投标遇到问题时，请及时向系统技术支持咨询，联系方式： 4009980000，QQ：484765148。 （2)湖南省公共资源交易服务平台(https://www.hnsggzy.com/)需使用数字证书登陆进行操作,尚未办理数字证书的供应商请及时登录网站查询、办理。 （3）投标人参与本项目的投标事宜,须办理至少以下数字证书:1.办理投标单位数字证书(含电子印章)。2.法人代表数字证书。3.被授权委托人数字证书。具体办理流程详见湖南省公共资源交易平台数字证书专区相关信息。数字证书(含电子印章)有关业务流程或电话咨询:0731-82210016 4006682666。 (4)本项目为政府采购电子标，投标人按招标公告相关要求至指定地点下载招标文件。 (5)子项四样品的递交时间为：2021年10月27日上午7:30-10点00分（北京时间），关于样品的具体要求详见招标文件。 七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。 1.采购人信息 名 称：湖南省消防救援总队 地址：长沙市岳麓区枫林三路151号 联系方式：喻海洋 0731-88119286 2.采购代理机构信息 名 称：湖南中投项目管理有限公司 地 址：长沙市雨花区韶山中路489号万博汇名邸三期2008房 联系方式：王莎莎、谭晶晶、张志鹏， 0731-82255989；邮箱：hnztzbb@163.com 3.项目联系方式 项目联系人：喻海洋 电 话： 0731-88119286

这种方法允许同时对多个参数进行快速无损地分析近红外分析是基于样品中分子对近红外辐射（800 nm-2500 nm）的响应。当近红外光照射到样品上，要么被样品吸收，要么就发生散射，从而产生了能够反映样品物理性质和化学组成的光谱。近红外是一种间接的测量方式，必须借助于传统的标准化学分析方法的结果建立标定模型。采用化学计量学建立的模型可以用来分析混合物或者天然产物中物质的含量，如谷物和肉类。同时标定自身的数据丰富广泛，在日常检测时非常快速高效。优化近红外分析的小技巧1保持样品的一致性分析的样品应和标定在建模时使用的样品有相同的特性。例如，建模时使用小麦中蛋白质数据所建立的标定就不适用于其它谷物中蛋白质的分析。由于水分和样品颗粒大小也会影响近红外光谱，所以也要保证样品采用相同的处理方式。2校正样品均匀覆盖全部范围特别重要的一点是，建模时选取具有代表性的样品并使得参考值均匀地分布在日常检测所期望的范围内。例如，少量且数值相近的样品建立的模型就无法对一个变化较大的属性给出准确的预测结果。主成分分析（PCA）是一个有效的对比样品差异性的统计工具。3关注参考值可靠的近红外标定依赖参考值。如凯氏定氮测蛋白、索氏提取测脂肪这些参考方法有助于近红外分析得到准确的结果。这些参考方法在整个近红外方法建立过程中都应保持不变，因为不同的分析方法的准确性和精密的都有所区别。考虑这些方法的标准误差和测量不确定度，应为每项属性保留一份当前参考方法的记录。4使用近红外以辅助参考方法使用近红外方法，您能从批量化的检测中获益。专为离线和旁线设计的近红外分析仪器可以分别安装在实验室或生产部门，作为像凯氏定氮仪、脂肪提取器、色谱系统和滴定等传统分析仪器的补充。下述的例子就展示了使用近红外对节省分析支出的贡献：回报实例每天 10 个实验室样品可以节约花费月 15 欧元，一年以 200 天计算共节省 30000 欧元。假如一台近红外光谱仪的售价在 40000 欧元，只需1年就投资就能收获回报。获得额外的收益。试剂溶液以及其它相关实验耗材的使用量都显著地减少，近红外分析在极大地节约成本的同时还保证了安全性。此外，由于近红外分析速度的优势还能提升实验室的效率。步琦解决方案ProxiMate™ 是一台适合放置在产线旁的设备，它拥有 IP69 认证且支持触控，即使戴着手套也不会影响操作，具有强大且稳定的性能。不仅能够使用仪器提供的校准模型，而且也可使用整合在仪器中的自动校准 AutoCal 功能，轻松建立您的专属模型。步琦解决方案的更多信息：https://www.buchi.com/zh/products/instruments/proximate寻找更多有关我们近红外产品的信息：https://www.buchi.com/zh/knowledge/applications

热重分析(TGA)是材料领域重要的分析方法， Thermo Fisher Scientific 公司推出Cahn TGA全自动热重分析系统。利用世界著名的CAHN(康氏)天平，测量固体、液体和气体样品的重量随温度、时间及压力的变化，适用于各种复杂的分析环境，在煤炭、化工、材料、石化、石油、地质、生物工程材料、制药、复合材料等领域有着广泛的应用。 　　Cahn 于1969年首先开发出了可使用电池的便携式天平，1969年又相继开发出世界上第一台Top Loading 微量天平，第一台真空/压力天平，世界上最大的热重(TG)系统，第一台可同时对样品进行多种分析的TGA-FTIR-GSMS-MS系统。Thermo Scientific Cahn还是使用TG分析系统和DCA(界面/表面张力仪)的自记天平的领先者。Thermo Scientific Cahn提供了第一台可同时对样品进行多种分析的TGA-FTIR-GCMS-MS系统，目前可提供TGA 与样品逸出气体分析仪(EGA)，如红外光谱仪(FTIR)和质谱仪(MS)的专利联结配件, 也可提供全套TGA/FTIR/MS 系统。 　　自1990年进入中国以来，已在煤化工、催化、储氢、材料等多个领域拥有了良好的口碑。为了更好地为广大用户和客户服务，Thermo Fisher Scientific 宣布从2008年6月1日起，Cahn TGA产品在中国的业务将转回我司在国内的办事处直接负责。 　　了解更多信息，请访问 http://www.thermo.com.cn/ProductDetail.aspx?id=2983 　　* * * 　　关于赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific) 　　Thermo Fisher Scientific(赛默飞世尔科技)(纽约证交所代码：TMO)是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额超过100亿美元，拥有员工约33000人，在全球范围内服务超过350000家客户。主要客户类型包括：医药和生物公司，医院和临床诊断实验室，大学、科研院所和政府机构，以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助于Thermo Scientific和Fisher Scientific这两个主要的品牌，帮助客户解决在分析化学领域从常规的测试到复杂的研发项目中所遇到的各种挑战。Thermo Scientific能够为客户提供一整套包括高端分析仪器、实验室装备、软件、服务、耗材和试剂在内的实验室综合解决方案。Fisher Scientific为卫生保健，科学研究，以及安全和教育领域的客户提供一系列的实验室装备、化学药品以及其他用品和服务。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，提升客户价值，帮助股东提高收益，为员工创造良好的发展空间。欲了解更多信息，请登陆：http://www.thermo.com.cn

引言红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料以及热障涂层等的无损检测与评价。碳纤维增强复合材料(CFRP)与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)是目前发展最为成熟、已被广泛应用于航空航天、船舶、交通运载和风力发电等领域的结构复合材料。然而，它们的层状以及非均匀微观结构使得它们在生产和使用过程中极易萌生和发展为多种类型的缺陷，如涂层脱粘、界面分层等，极大地降低了复合材料/涂层结构件的使用性能与寿命，严重时甚至酿成灾难性事故。热障涂层作为一种陶瓷层可沉积在基体材料的表面，对基体材料起到隔热保护的作用，目前已被广泛用作航空发动机、聚变反应堆、火箭喷管等高端装备的高温热防护部件。图1 某航空发动机及其涡轮叶片热障涂层结构示意图为控制FRP复合材料/涂层结构的质量，确保高端装备的安全可靠运行和低维护成本，开发先进的无损检测与评价方法或技术对其进行高效、可靠地检测与评价是非常必要的。目前比较有代表性的无损检测与评价技术有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和电磁检测等。但这些方法各有所长，也有其各自的局限性。例如，超声法中耦合剂的使用会致使检测表面受到污染；电磁法虽易于实现自动化检测，但仅适用于非铁磁性材料，且多用于检测近表面缺陷信息。红外热波成像技术由于具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等优点，非常适合于复合材料/涂层结构的在线检测与缺陷表征，近年来得到人们的重视和广泛关注。01 红外热波成像技术任何高于绝对零度的物体都会向周围环境发出电磁热辐射，根据Stefan-Boltzmann定律，其大小除与材料种类、形貌和内部结构等本身特性有关外，还与波长和环境温度有关，而红外热波成像技术即是利用红外热像仪通过遥测材料表面温度场，从而实现对材料结构特性和物理力学性能的无损检测与评价。根据被测对象是否需要施加外部热激励，该技术可分为主动式与被动式，其中主动式红外热波无损检测技术由于具有更高的热对比度与检测分辨率，近年来受到极大的关注。主动式红外热波检测技术是利用外界热源对待测试件进行热激励，同时利用红外热像仪记录其表面温度场的演化历程，并通过对所获得的热波信号进行特征提取分析，以达到检测材料表面损伤和内部缺陷的目的。根据外激励热源的不同，该技术又可被分为光激励红外热成像、超声红外热成像与电涡流红外热成像等。图2总结了目前主动式红外热波成像检测技术中的主要分类依据及分类结果。图2 主动式红外热成像检测技术的主要分类依据及结果虽然红外热成像无损检测技术种类众多，但由于所检测对象琳琅满目，且结构与物理特性比较复杂，因此在实际应用中需结合检测对象本身特性，选择一种相对合适且高效的主动式红外热波成像无损检测方法，从而达到对待测对象进行高分辨率、高精度、快速可靠检测与评价的目的。光激励红外热成像是主动红外热成像中一种相对高效的无损检测方法，由于其非接触、非破坏、检测时间短、检测面积大、易于实施等突出优点，在热障涂层结构、纤维增强复合材料无损检测与评价中备受关注。在该方法中，当外激励光源入射到待测试件时，基于光热转换效应所产生的热波扩散并与内部界面或缺陷相互作用，同时，利用红外热像仪远程记录待测试件表面的瞬态热响应，即红外热图像序列。然后，借助先进的后处理算法对所获取的热图像序列进行综合分析，从而实现待测试件的无损检测与定量表征。图3为光激励热成像技术原理和目前常用光激励红外热成像检测系统。图3 光热无损检测原理及典型闪光灯激励热成像检测系统此外，根据热激励形式的不同，红外热成像技术又可被分为红外脉冲热成像、红外锁相热成像与红外热波雷达成像，这也是根据红外热成像发展历程、目前最为常用的分类方法之一。红外脉冲热成像技术检测效率高，但其探测深度通常较浅，无法满足对材料深层缺陷高分辨率检测的要求；且其检测结果易受表面加热不均匀、表面反射率及发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使材料表面产生热损伤。为克服红外脉冲热成像技术的局限性，红外锁相热成像技术应运而生，但由于该技术在单一调制频率热激励下仅能探测与其热扩散长度相对应深度的内部缺陷，因此对FRP复合材料或热障涂层类结构内不同深度或不同铺层界面的缺陷，需选择不同调制频率对待测试件进行激励，因此，该方法检测时间仍相对较长且易出现漏检。红外热波雷达是一种新兴的无损检测技术，具有红外脉冲热成像与红外锁相热成像技术所无法比拟的突出优势，如高分辨率、高检测效率、大探测深度等，近年来备受关注。表1总结了红外脉冲热成像、红外锁相热成像以及红外热波雷达成像这3种技术的优缺点及适用范围。02 FRP复合材料光激励红外热成像无损检测研究现状2.1 红外脉冲热成像检测技术红外脉冲热成像技术是发展最早且目前应用最为广泛的一种红外热波无损检测技术，该技术是使用高能光源（如激光、卤素灯、闪光灯）对待测试件进行非常短时间（通常几毫秒）的脉冲激励加热，由于内部界面或缺陷的热阻效应会对待测试件表面温度场产生差异，然后，利用红外热像仪同步记录这种温度差异，并借助于先进的后处理算法可实现对待测试件内部界面或缺陷的无损检测与评价。红外脉冲热波检测技术检测速度快，且对厚度较小的试件具有较好的检测结果，但其探测深度非常有限，不适用于检测大厚度构件。此外，该技术还易受表面加热不均、表面发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使试件表面产生热损伤。FRP复合材料的强各向异性和显著内部界面效应，极易使得其产生界面分层等类型缺陷，极大影响FRP复合材料结构或装备的使用性能。[英国巴斯大学Almond等]对CFRP复合材料裂纹状缺陷的边缘效应进行了研究，并提出了一种瞬态热成像法测量缺陷尺寸的方法。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]提出了一种将脉冲热成像与调制热成像技术相结合的红外脉冲相位热成像检测技术，该技术基于傅里叶变换可获得能无损表征CFRP复合材料的相位图像，因此克服了脉冲热成像技术对表面加热均匀性的限制。[意大利学者Ludwig等]研究了红外脉冲热成像检测技术中的热损失与三维热扩散对缺陷尺寸测量的影响。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]为了克服脉冲热成像技术的局限性，提出了双脉冲激励热成像检测技术，并表明该技术可进一步增强热对比度。[加拿大学者Meola等]利用脉冲热成像法对GFRP复合材料的低速冲击损伤进行了无损检测。[英国巴斯大学Almond等]又通过解析法研究了脉冲热成像技术的缺陷检测极限与缺陷径深比、激励能量以及缺陷深度都密切相关。[伊朗桂兰大学Azizinasab等]还提出了一种使用局部参考像素矢量来处理脉冲热成像检测结果的瞬态响应相位提取方法，实现了CFRP复合材料缺陷检测和深度预测。此外，为增强FRP复合材料缺陷检测效果，许多集成先进特征提取方法的脉冲热成像检测技术也被提出，例如主成分热成像、矩阵分解热成像、正交多项式分解热成像和低秩稀疏主成分热成像。国内的哈尔滨工业大学、电子科技大学、湖南大学、东南大学、火箭军工程大学、首都师范大学、南京诺威尔光电系统有限公司等科研单位也对FRP复合材料红外脉冲热成像无损检测技术开展了大量研究工作，并取得了丰硕的研究成果。[首都师范大学]研究了GFRP复合材料脉冲热成像检测的热图像序列的分割与三维可视化，并提出了一种基于局部极小值的图像分割算法。[北京航空航天大学]对FRP复合材料次表面缺陷红外脉冲热成像无损检测的检测概率进行了深入研究，并分析了阈值、特征信息提取算法等对检测概率的影响。此外，国内研究学者还提出集成了稀疏主成分分析、矩阵分解基算法、流形学习[30]和快速随机稀疏主成分分析等算法的红外脉冲热成像检测技术。2.2 红外锁相热成像检测技术红外锁相热成像技术是20世纪90年代初发展起来的一种新型数字化无损检测技术，该技术是利用单频正弦调制的热激励源对待测试件进行加热，然后，待测试件内部将也产生一个呈周期性变化的温度场，由于缺陷区与无缺陷区处的表面温度场存在差异，因此采用锁相算法可对表面温度场进行幅值与相位提取，最终实现对材料表面损伤或内部缺陷进行无损检测与评价。红外锁相热成像检测技术的探测范围要大于红外脉冲热成像检测技术，此外，通过降低激励频率大小可增大探测深度。英国华威大学和意大利那不勒斯大学等研究学者较早地将红外锁相热成像技术用于CFRP航空件缺陷检测，并证实了该技术与瞬态热成像与超声C扫描无损检测技术相比，更适于CFRP航空件表面冲击损伤的快速无损检测。[Pickering等]研究了同等激发能量下，红外脉冲热成像和红外锁相热成像对CFRP复合材料分层缺陷的检测能力。[Montanini等]证实了红外锁相热成像技术也可用于厚GFRP复合材料的无损检测，并深入研究了与缺陷几何形状和深度相关的检测极限问题。[Lahiri等]发现随着GFRP复合材料缺陷深度增加，利用红外锁相热成像技术所获得的相位对比度增大，而热对比度却减小。[Oliveira等]提出了一种融合光学锁相热成像和光学方脉冲剪切成像的CFRP复合材料冲击损伤高效表征方法。国内哈尔滨工业大学、浙江大学和东南大学等科研人员也对FRP复合材料红外锁相热成像检测开展了较多有价值的研究工作。[哈尔滨工业大学]对CFRP复合材料分层缺陷的大小和深度以及热物性的无损检测与定量评价，开展了系统的理论与实验研究，并提出了多种先进特征增强算法来提高其内部分层缺陷的可视性。[浙江大学]使用红外锁相热成像无损检测CFRP复合材料分层缺陷，并利用深度学习对测量过程中的传感器噪声、背景干扰等进行有效去除，显著提高了CFRP复合材料次表面缺陷无损检测与定征的精度。[东南大学]针对CFRP复合材料分层缺陷红外锁相热成像无损检测中所存在的热成像数据缺失以及低帧率导致的低分辨率问题，提出了基于低秩张量填充的热成像检测技术，不仅可有效解决红外锁相热成像数据高度缺失问题，还可显著提高常用红外热像仪的帧频率。2.3 红外热波雷达成像检测技术近年来，红外热波雷达成像技术因检测效率高和灵敏度高以及不易对材料产生热损伤而受到越来越多的关注，并开始应用于FRP复合材料的无损检测与评价。红外热波雷达成像技术具有红外脉冲热成像技术与红外锁相热成像技术所无法比拟的优势，但由于被用于FRP复合材料无损检测与评价的时间并不长，尚存在一定的局限性。例如，由于通常采用较低调制频率激励源去探测较深范围的内部缺陷信息，随之而来的是热扩散长度的增大，致使检测分辨率降低；另外，为提高检测信号的信噪比，通常采用增加热流激励强度的方法来解决，但在检测重要目标构件时，为防止对检测对象的热损伤，这种方法并不适合。[加拿大多伦多大学Mandelis教授]与[印度理工大学Mulaveesala教授]首先将线性调频雷达探测技术引入到红外热成像检测技术中，提出了脉冲压缩热成像或热波雷达无损检测技术。为显著提高探测热波信号的信噪比与灵敏度，随后提出了热相干层析成像和截断相关光热相干层析成像技术，截断相关光热相干层析成像技术的具体原理如图4所示。图4 截断相关光热相干层析成像检测技术原理：(a) 截断相关光热相干层析成像数学实施；(b) 激光诱导热成像系统框图印度理工学院与印度塔帕尔工程技术大学等科研人员还将脉冲压缩热成像与红外脉冲热成像等其他检测技术在检测FRP复合材料次表面缺陷时的检测性能进行了对比，并分析了各种技术的优势所在。为增强FRP复合材料分层缺陷检测，[比利时根特大学]也提出了离散频率相位调制波形的热波雷达技术，并证明了该技术具有更高的深度分辨率。国内的科研人员也对脉冲压缩热成像或热波雷达开展了较多的研究工作，并取得了重要的创新研究成果。[哈尔滨工业大学]较早地将红外热波雷达成像技术拓展到CFRP复合材料铺向和分层缺陷的无损检测与评价，并对热波雷达检测技术的特征提取方法也开展了深入研究。[湖南大学]和[电子科技大学]还分别用感应红外热成像/热波雷达检测技术和参考脉冲压缩热成像检测技术对CFRP复合材料分层缺陷检测，并取得了较为满意的检测效果。[东南大学]也提出了正交频率相位调制波形的热波雷达检测技术，可有效增强CFRP复合材料分层缺陷的检测效果。03 热障涂层红外热波成像无损检测研究现状关于热障涂层红外热波检测技术的研究始于20世纪80年代，伴随着信息电子与计算机技术的快速发展，近年来在航空和先进装备等领域受到极大关注。在目前的热障涂层红外热成像无损检测中，仍以光激励红外热成像检测技术为主，这仍然是由于光激励红外热成像技术具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等突出优点，非常适合于热障涂层结构性能与健康状况的在线检测与表征。根据激励热源生热机理的不同，除光激励红外热成像检测技术外，其他无损检测方法还包括：超声热成像、振动热成像和涡流热成像。3.1 红外脉冲热成像检测技术针对热障涂层红外脉冲热成像无损检测，国外专家学者较早地开展了相关研究，并取得了较多的研究成果。[Cielo等]利用红外脉冲热成像技术无损检测热障涂层，研究表明当光学穿透深度远小于而加热区域远大于涂层实际厚度时，该技术可有效表征热障涂层热物性和表面涂层厚度。[Liu等]提出了可无损检测热障涂层内部裂纹和厚度不均匀性的稳态热流激励热成像技术，可实现直径远小于1mm的裂纹检测。[Shepard等]利用红外脉冲热成像技术对热障涂层厚度和脱粘缺陷进行无损检测，并结合先进后处理方法提高了时空域分辨率和信噪比。[Marinetti与Cernuschi等]利用红外脉冲热成像技术结合机器学习和相位特征提取方法，系统地研究了热障涂层结构中的表面涂层厚度变化、脱粘缺陷以及涂层过厚与粘附/脱粘缺陷的区分问题。[Bison与Cernuschi等]为无损评价热障涂层老化程度以及完整性，利用红外脉冲热成像技术检测了热障涂层面内与深度方向热扩散率以及孔隙率。此外，利用红外脉冲热成像检测技术还可监测热障涂层损伤演化历程以及寿命评估，且热障涂层粘结界面处粗糙度形貌、深度以及基底强度等对其损伤演化也有重要影响。[Ptaszek等]还研究了热障涂层表面非均匀及红外透光性等对其光热无损检测的影响。[Mezghani等]利用激光激励红外脉冲热成像技术无损检测了表面涂层厚度变化。[Unnikrishnakurup等]利用红外脉冲热成像技术和太赫兹时域谱技术同时对不均匀涂层厚度进行测量，并获得了对热障涂层厚度估计小于10.3%的平均相对误差。虽然我国关于热障涂层红外脉冲热成像无损检测的研究起步较晚，但仍取得了重要研究成果。[北京航空航天大学]利用红外脉冲热成像技术，通过使用有限元数值模拟与热成像检测实验方法，对存在脱粘缺陷和厚度不均匀时热障涂层表面温度场以及热障涂层的厚度与疲劳特性进行了较为深入的研究。[北京航空材料研究院]利用闪光灯激励红外脉冲热成像技术不仅检测出直径小于0.5mm的脱粘缺陷，还识别出了肉眼无法观察到的微裂纹。近来，关于热障涂层激光扫描热成像技术的无损检测与评价研究也开始出现，[北京理工大学]和[南京理工大学]利用线型激光扫描热成像技术实现了对热障涂层脱粘缺陷以及20~150μm厚薄涂层的高精度无损检测与评价。为了检测热障涂层表面微小裂纹，[北京理工大学]还开发了一种将线型激光快速扫描模式与点激光精细扫描模式相结合的激光多模式扫描热成像检测技术，实现了仅9.5μm宽表面微小裂纹的高效检测。3.2 红外锁相热成像检测技术不同于热障涂层红外脉冲热成像无损检测研究，国内专家学者较早地开展了热障涂层红外锁相热成像无损检测的研究，而国外对此的研究还很少。[火箭军工程大学]利用红外锁相热成像技术对涂层厚度进行检测，并表明该技术可实现对涂层厚度的快速检测，且检测精度可达到95%。[哈尔滨工业大学]利用红外锁相热成像检测技术和热波信号相关提取算法对热障涂层脱粘缺陷进行检测，并研究了光源功率、分析周期数和激励频率大小等对检测结果的影响。[哈尔滨工业大学]随后利用激光激励红外锁相热成像技术高精度地量化了SiC涂层碳/碳复合材料的薄涂层厚度分布的均匀性。[上海交通大学]针对热障涂层内部裂纹缺陷的快速无损检测与评价，也提出了一种基于多阈值分割和堆叠受限玻尔兹曼机算法的红外热成像无损检测技术。此外，[韩国国立公州大学Shrestha和Kim]利用红外脉冲热成像技术和红外锁相热成像技术对热障涂层表面不均匀涂层厚度进行了无损检测与评价，并开展了有限元数值模拟与热成像检测实验分析了各种技术的优势所在。3.3 红外热波雷达成像检测技术红外热波雷达成像作为一种新兴的无损检测技术，其高信噪比、大探测范围等突出优势更利于热障涂层次表面脱粘缺陷的高精度无损检测。而目前关于热障涂层红外热波雷达成像无损检测与评价的研究还鲜有报道，目前仅有国内的哈尔滨工业大学和东南大学针对热障涂层红外热波雷达成像无损检测开展了相关的理论与热成像检测实验研究工作。[哈尔滨工业大学]利用红外热波雷达成像技术对热障涂层脱粘缺陷进行检测，该技术利用线性调频信号调制光源强度，并引入了互相关和线性调频锁相提取算法，研究表明该技术可实现热障涂层脱粘缺陷的有效检测。[东南大学]基于Green函数法，对热障涂层光热传播理论进行了较为深入的研究，并提出了一种先进非线性调频波形的脉冲压缩热成像检测技术，可实现热障涂层次表面脱粘缺陷的高信噪比、大探测深度的高分辨率检测。结语本文介绍了红外热成像技术在FRP复合材料和热障涂层无损检测应用中的研究现状和进展，通过文献调研和相关研究结果分析，可发现，由于FRP复合材料和热障涂层的复杂结构特性，使得传统的无损检测技术无法较好地实现高效可靠的无损检测与评价。作为新兴的无损检测技术，红外热波雷达成像技术由于具有高分辨率、大探测深度、检测结果直观等突出优点，为FRP复合材料和热障涂层的高精度无损检测与评价提供了新契机。此外，在对FRP复合材料和热障涂层红外热成像无损检测进行研究的过程中，笔者也发现，红外热成像无损检测技术的发展还面临着一些主要瓶颈制约问题，也促使红外热成像检测技术须向多样化、智能化、集成化和多源信息融合方向发展，呈现出以下发展趋势：1) 多样化传统无损检测方法和红外热成像等新型无损检测技术都有其各自的优缺点及适用范围，随着检测对象的多样化和检测要求的多元化，所需要的检测手段也呈现多样化发展的趋势，具体体现在：①热激励源由卤素灯、超声和电磁等向半导体激光器、相控阵超声等其他热激励形式发展；②随着计算机和电子信息技术的快速发展，传统的红外脉冲热成像和红外锁相热成像向着新兴的先进激励波形脉冲压缩热成像或热波雷达成像检测技术方向发展。2) 智能化近年来人工智能技术的快速发展使得基于深度学习模型的红外目标识别与跟踪方法取得了巨大进步，这无疑为红外热成像无损检测技术的进一步发展提供了很好的发展契机。深度学习方法的高识别率特点使其在红外目标特征识别、红外图像分割与分类方面性能优异，在精度和实时性方面，甚至远远赶超传统检测方法。人工智能赋能红外热成像检测技术，有望取代人工判断，推动红外热成像无损检测技术向着智能化检测方向发展。3) 集成化红外热成像检测系统通常需要激励热源、红外热像仪、光路等调节装置、固定装置等模块，体积较大、结构较为复杂，且仍需人工或仪器自动采样。为满足实际无损检测应用中原位测量及低能耗的需求，红外热成像检测技术需逐步向小型集成化方向发展，最终实现无损检测现场的便携式携带和操作。4) 多源信息融合发展多源多模态热成像数据能比单一热成像数据提供更多的关键信息，此外，在信息呈现和表达上，多来源、多模态红外热成像数据还增加了无损检测结果的鲁棒性。因此当检测要求较高时，常常需要采用优势互补、多种检测方法相结合的方式，通过多源多模态热成像数据的融合与集成，最终提供优质、高效、安全、可靠的无损检测解决方案。因此，红外热成像技术也需向多源信息融合方向发展。

p　　本文转载自微信公众号热分析与吸附，作者为中国科学技术大学丁延伟老师，并已获转载授权。/ppstrong　　/strong在《热分析/红外光谱联用的数据分析方法第4部分 仪器分析软件中热重部分的数据处理与作图》和《热分析/红外光谱联用的数据分析方法第5部分 仪器分析软件中红外光谱部分的数据处理与作图》中以实验室在用的美国PerkinElmer公司的热重/红外光谱/气相色谱质谱联用仪为例简要介绍了在仪器的数据分析软件中与热重部分和红外光谱部分相关的数据处理与作图相关的内容，在本部分内容中将简要介绍在Origin软件中GS曲线、FGP曲线以及实时红外光谱图的数据处理与作图相关的内容。由于在Origin软件中不同时刻/温度下的三维红外光谱作图十分繁琐，将在本系列内容第7部分中进行介绍。/pp　　为了保持本系列内容的完整性，以下介绍的大部分内容主要来自本公众号2019年10月6日发布的《在Origin软件中热分析/红外光谱联用的数据作图方法》一文，其中做了相应的修改并增加了实时红外光谱图(EGS图)的内容。/pp　　1. GS曲线的作图法/pp　　一般来说，在由红外光谱分析软件Timebase得到的Excel格式的文件中主要有EGP曲线(即通常所说的GS曲线)文件和不同时刻温度下的逸出气体红外光谱图(即EGS)文件，一共两个文件。/pp　　GS曲线可以直接由导出的Excel格式的GS曲线文件得到，通常说的官能团剖面图(即FGP曲线)可以由EGS文件中导出。/pp　　在Origin软件中对GS曲线的作图十分简单，在Origin软件中导入曲线所对应的Excel文件(图1至图3)。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/1db6881e-d64f-41b6-8671-0ae37784c440.jpg" title="图1.jpg" alt="图1.jpg"//pp style="text-align: center "图1/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 308px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/62609940-652e-42c0-967b-5e4165a0c4eb.jpg" title="图2.jpg" alt="图2.jpg" width="500" height="308" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图2/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 543px height: 750px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/54de575b-3929-471b-ad4f-c5b07c3b38ce.jpg" title="图3.jpg" alt="图3.jpg" width="543" height="750" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图3/pp　　选中A、B列，点击图4中plot选项，即可得到图5，即为EGP曲线。可以在图5中根据需要改变曲线的粗细、形状和颜色，在此不作详述。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/947a9618-194f-4302-aff3-fd6c2fa954a0.jpg" title="图4.jpg" alt="图4.jpg"//pp style="text-align: center "图4/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 557px height: 464px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/e4ce67e8-3c64-471d-8782-d1ece89f1798.jpg" title="图5.png" alt="图5.png" width="557" height="464" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图5/pp　　2. 官能团剖面图(即FGP曲线)的作图法/pp　　下面介绍由逸出气体红外光谱图(即EGS)文件得到FGP曲线的方法。通常在Timebase软件中，可以按照图6的方法，选中Save Time Resolved Data选项导出在实验过程中得到实验范围内不同时刻/温度的Excel格式的所有的红外光谱图。按照图1至图3的方法打开文件，得到如图7所示的界面。图7中，第1行“Long Name”中所对应的数值为温度值(即该行为温度行)，1.98e+001即为19.8℃，其他以此类推。A列对应的为波数值(单位为cm-1)，其他B、C、D...列所对应的为不同温度下的吸光值。也就是说，在图7中，由除A列以外的其他列作为纵坐标轴对A列按照图4的方法作图，可以得到在不同温度下的红外光谱图。另外，在图7中，如果选中温度行和特定的官能团(即特定的波数值)所对应的行进行作图，则可以得到FGP曲线。下面介绍FGP曲线的作图方法。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/f42afe19-16bd-432f-980f-506780617eab.jpg" title="图6.jpg" alt="图6.jpg"//pp style="text-align: center "图6/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/16d2682f-cb11-4132-8b1b-3be6cd40f10c.jpg" title="图7.jpg" alt="图7.jpg"//pp style="text-align: center "图7/pp　　按照图8的方法分别选中2358cm-1所对应的行和温度行，复制整行。br//pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/dcdf9257-47da-4d8b-ad2d-df3abf22d3cc.jpg" title="图8.jpg" alt="图8.jpg"//pp style="text-align: center "图8/pp　　新建一个空白的Book文件，将温度行和对应波数(2358cm-1)的数值粘贴这两行，选中，点击Worksheet菜单下的Transpose选项(图9)，将这两行转换为两列，转换后的表格如图10所示。删除图10中的第一行数据，按照图4的方法作图，即可得到CO2分子的特征官能团在2358cm-1处的FGP曲线(图11)。可以根据需要改变图中曲线的粗细、形状和颜色，在此不作详述。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/98c364bc-5af7-4f17-b010-d6c6e9ef31df.jpg" title="图9.jpg" alt="图9.jpg"//pp style="text-align: center "图9/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/3fe819c4-81c9-4309-8fa2-eebc7492a9da.jpg" title="图10.jpg" alt="图10.jpg"//pp style="text-align: center "图10/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/8c655662-483b-4efa-9b6e-86d7e8f314c3.jpg" title="图11.png" alt="图11.png"//pp style="text-align: center "图11/pp　　3. 实时红外光谱图(EGS图)的作图法/pp　　在本部分第2节中提到“在图7中，由除A列以外的其他列作为纵坐标轴对A列按照图4的方法作图，可以得到在不同温度下的红外光谱图。”也就是说，在导出的Excel格式的在实验温度/时间范围内的所有红外光谱文件中，选中A列和所对应的一列和/或多列时间/温度列即可得到不同温度/时刻下的实时红外光谱图。/pp　　以下举例说明。图12是不同温度下的一水合草酸钙在加热过程中产生的气体产物的红外光谱图。图中第五行为不同的温度值，第A列为红外光谱的波数值。例如，需要比较第100℃、200℃、500℃和700℃下的红外光谱图的变化，则同时选中这些温度和波数(A列)所对应的列，复制并粘贴到新建的表格文件中，并定义相应列的名称(图13)。同时选中图13中A-E列，点击图4中plot选项，即可得到图14，即为不同温度下的红外光谱图。可以在图14中根据需要改变曲线的粗细、形状和颜色，在此不作详述。由图14可以看出，(1)样品在100℃时样品没有发生分解 (2)在200℃时产生了水，对应于结晶水的失去过程 (3)在400℃时产生了一氧化碳，少量一氧化碳被氧化为CO2 (4)700℃时的气体产物以CO2为主。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 220px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/a6b0f4c1-4385-4184-8530-572cc84c0cce.jpg" title="图12.jpg" alt="图12.jpg" width="600" height="220" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图12/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 557px height: 285px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/b989ef36-1508-4bde-b282-9029ef1766ff.jpg" title="图13.jpg" alt="图13.jpg" width="557" height="285" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图13/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/128d4fc6-623a-479c-9cdb-4f3865f22608.jpg" title="图14.png" alt="图14.png"//pp style="text-align: center "图14/ppbr//p

近日，中芯热成科技（北京）有限责任公司（以下称“中芯热成”）完成数千万元Pre-A轮融资。此轮融资交易于2023年1月初完成，中芯热成总经理刘雁飞介绍，“募集资金将用于胶体量子点红外探测器8英寸晶圆级芯片及模组生产线的建设及产品的应用研发，可在工业、航天、汽车、消费电子等领域实现应用，为红外成像芯片在多领域提供全新技术架构及解决方案。”据悉，本次投资由深圳一元航天私募股权基金管理有限公司〔原：航天科工股权投资基金管理（深圳）有限公司〕领投，方正和生及泰有基金跟投，一苇资本担任融资顾问。资料显示，中芯热成于2021年在北京成立，专注于低成本、高分辨率胶体量子点短波及中波红外成像芯片解决方案，以期改变我国红外芯片“用不起”、“看不清”且长期依赖进口的产业现状。中芯热成于2022年7月通过科技型中小企业认定，并于同年荣获国家级高新技术企业认定。“公司目前具备材料合成、芯片微纳加工、光电测试、芯片封装、环境试验及系统测试等核心能力。”刘雁飞说。“胶体量子点红外技术的创新与突破，为我国红外芯片领域填补了新体制技术空白，更对众多行业的发展起到推动作用。”在谈及中芯热成的技术优势时，刘雁飞表示，“短波红外与中波红外探测器长期以来存在成本高、产量低的问题。中芯热成依托自研量子点技术路线，将大幅降低芯片成本，解决行业成本痛点，推动工业分选、高光谱成像、半导体叠层封装及气体探测等领域技术升级。”

点击进入优惠通道→ 近红外谷物分析仪 近红外谷物分析仪是一种用于分析谷物（如小麦、大米、玉米等）成分和质量特性的仪器。它使用近红外光谱技术，通过谱图分析和模型建立，可以快速准确地检测谷物的营养成分、水分含量、脂肪含量、蛋白质含量、淀粉含量等多个指标。近红外谷物分析仪的作用主要包括以下几个方面： 谷物质量控制：谷物的成分和质量特性直接关系到其市场价值和产品质量。近红外谷物分析仪可以快速测定谷物的营养成分和含量，帮助粮食加工企业控制产品质量，确保产品符合标准要求，提高市场竞争力。 种子筛选：近红外谷物分析仪可以对种子进行快速分析，帮助农民和种子生产企业筛选出优质种子。通过测定种子的营养成分和含量，可以评估种子的品质，并选择适宜的种子进行种植，提高农作物产量和质量。 饲料配方：谷物是饲料中重要的原料之一，其成分和质量对饲料的营养价值和效果有重要影响。近红外谷物分析仪可以快速测定谷物的营养成分，为饲料生产企业提供准确的数据，帮助优化饲料配方，提高饲料的营养价值和效益。 粮食贸易：近红外谷物分析仪可以在国际贸易中起到重要作用。通过对谷物成分和质量的快速准确分析，可以为贸易商提供可靠的数据，帮助判断谷物的品质和适用范围，促进粮食贸易的发展和合作。 综上所述，近红外谷物分析仪在谷物行业中具有重要的作用。它可以帮助粮食加工企业控制产品质量，农民和种子生产企业筛选优质种子，饲料生产企业优化饲料配方，以及促进粮食贸易的发展。通过快速准确的分析，提高生产效率和产品质量，为谷物产业的可持续发展提供支持。

近红外数据分析中的关键问题网络讲座顺利召开 2016年8月30日上午，由华东理工大学、南开大学、大连达硕信息技术有限公司共同主办的网络讲座，在仪器信息网，以在线的方式顺利召开。讲座分别由杜一平教授、邵学广教授、曾仲大总经理担任主讲人，围绕近红外数据分析中关键性、经常性问题进行全面、深入阐述。 杜老师从近红外光谱数据预处理、变量选择、模型构建与结果验证等诸多方面，非常细致地介绍了整个建模过程中涉及的算法及算法原理、注意事项，以及普遍遇到的问题及解决方法。杜老师也提到，近红外数据分析绝非看似的那样简单，涉及对数据的理解、对算法的理解。同时不能只关注数学方法，更要记住我们是化学家！邵老师从大数据分析角度出发，阐述近红外数据分析，并延伸到近红外光谱的模型转移。大数据是国家关注的重点方向，企业信息化的推进，数据体量不断增大，需要基于大数据与云计算的手段方法提升效率，挖掘数据价值。近红外的模型转移则是现在生产型企业发展中遇到的，非常棘手的问题。不同厂家、不用仪器的数据和模型不能共享，很难实现数据融合。邵老师经过多年的研究与实践从方法到应用给大家进行了详细介绍。同时邵老师介绍了近红外模型转移中需要考虑和注意的问题，以及目前比较成熟的算法，为大家解决实际问题提供广阔思路。 曾老师则从近红外数据分析应用与软件系统实现的角度，阐述如何能更智慧地构建近红外分析模型，并结合大连达硕信息技术有限公司最新发布的魔力近红外数据分析产品(v2.0版)，全面介绍系统如何实现智慧型近红外数据分析，包括批量文件夹数据载入，智能数据建模算法流，“随时”、“随时”数据建模，全面的建模方法比较，以及优异的用户体验等等。同时鼓励近红外同行们使用产品，支持国产软件发展。讲座后，三位老师延长预定时间，回答大家感兴趣的诸多问题。此次讲座得到了近红外分析和化学计量学同行的普遍关注，人气指数超过5,500，300余人报名参加。讲座结束后，大家通过各种途径表达对讲座的支持厚爱，效果很好，评价非常高。与此同时，大连达硕信息技术有限公司在讲座后，建立化学数据联盟微信群，一方面使与会者可更深入讨论近红外相关问题，推进行业发展，另一方面也广纳同行对联盟发展的意见与建议，促进联盟发展。 大连达硕信息是国家高新技术企业，专注化学与生物行业数据的整合分析与深度挖掘，辅助决策支持，公司全方位提供数据分析服务、数据处理产品，以及个性化数据应用整体解决方案，是我国化学与生物数据应用领域的排头兵。公司技术力量非常雄厚，在化学与生物数据分析领域积累非常丰富的经验，深受客户好评。

烟气、尾气等污染气体中所含有的氮氧化物、硫氧化物等成分，对我们的健康有着很大的威胁。需要分辨出它们，监测排放，中红外波段光这时就大有用处了。对3μ m~10μ m波段的中红外光有吸收特性的污染物们，通过光学的方法就能被迅雷不及掩耳盗铃之势地监测到，可谓是中红外光一出手，就知污染有没有。但是，重点来了！完成一套探测系统，光源和探测器都是必要的。在这个如此微妙的波段，要想有一个“两全”的整体配套解决方案，可不是那么容易的事情。虽然不容易，但总还是有的！量子计级联（QCL）× InAsSb光伏探测器这两位就是挑起气体监测大梁的干将了。而关于这个气质独特的中红外气体分析解决方案，有5位滨松工程师表示有话要说一说̷̷Topic 1 “两全”的中红外气体分析解决方案Q：中红外的光学法分析具有什么特征？大石：气体分析包括气体色谱分析、质量分析，而这些都需要采集样本后带到实验室进行分析。如果通过使用激光的中红外光学法，则实现在线监测。更加实时和便捷，应用范围也更广泛。杉山：我们多致力于中红外波段气体的分析，并为这样的应用提供了相应的激光器。在波段3μ m~10μ m间，包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等许多有害气体都能够通过这种方法被测得。 Q：中红外波段的探测器和光源器件开发是否有难以攻破的课题？杉山：之所以特意选择中红外波段的气体分子为对象，是因为气体分子的吸收具有明显性的优势。从光发射角度来看，对计测也是非常有利的。饭田：一方面，对于探测器来讲，在中红外波段背景光的增强，也就意味着干扰的出现，对探测有着不良的影响。此外，在该波段想要制作理想的探测器非常困难，并且也很难实现高灵敏度的性能。正因如此，同时提高探测器在中红外波长的灵敏度，以及激光光源的性能非常重要。而能就这两方面进行同步开发，也体现了滨松的技术实力吧。（笑）大石：尤其是仪器制造客户开发新产品时，若在开发初期不提高精度，那么开发也毫无意义。为此，核心的探测器和激光器必须保持最好的状态。因为对这一点有深刻的认识，目前我们开发的产品才能够在客户那里稳定地、持续地发挥出良好的作用。 Q：完成探测器和激光光源配套的方案有什么困难？方案对于客户有什么价值？杉山：无论是探测器还是激光光源，都存在很多开发难题，同时挑战两种器件的厂家也鲜有出现。就激光光源来说，因为“1成分=1波长”，故而需要开发与被测对象气体相同数量的激光光源。开发成本大，产品化后的商务风险也很高。大石 ：从客户角度，探测器和光源都来自同一个厂家是具有很大优势的。比如，目前多数的仪器制造商都是从不同厂家分别购买的探测器件和光源。但若开发出来的设备没有达到预期的性能时，由于器件来自不同的地方，就很难知道配合使用过程中的问题所在。落合：若探测器和光源都是由同一厂家生产的，就可以进行相互评估，找出问题所在，从而提高测量设备的性能，缩短开发设备的时间。利用中红外波段QCL（量子级联激光器）的激光吸收分光是非常新的分析计测技术，今后也将以高灵敏度、高分辨率的优势，成为气体分析的选择并得到普及。采用QCL（量子级联激光器）和InAsSb光伏测器的极微量气体分析示意图 Topic 2：单一波长振动量子级联激光器（QCL）和性能稳定的InAsSb光伏光伏探测器Q：滨松分别为光源和探测器部分提供怎么样的产品？杉山：光源器件的代表是量子级联激光器（QCL）。它的开发初衷其实是想用于通过呼吸分析来进行“癌症筛查”的应用，这是有我们前任社长昼马辉夫先生提出的。虽然遗憾的是目前仍没有确立这种技术，但QCL在气体分析领域仍然发挥了独特的作用。饭田 ：光探测部分则是InAsSb（铟砷锑）光伏探测器。目前我们提供2种类型的产品，覆盖2.5μ m~8μ m的波长区域。 量子级联激光器（QCL）InAsSb光伏探测器Q：QCL和InAsSb光伏探测器各自有什么特别的性能吗？杉山：首先说一下QCL。一般的半导体激光器，如果在数百nm中有多个波长发生震动时，光谱带宽变宽，受到多种气体的干扰，测量精度下降。而QCL采用的是DFB（分布式反馈激光器）结构，在内部设置了衍射光栅，可使光谱带宽非常狭小的单一波长振动。但是DFB很难实现产量，在产品化之初，我们为提高产品的合格率投入了非常多的精力。落合 ：在不断提高DFB结构的制造技术同时，我们也推进了内置准直透镜的新产品的开发。新产品从激光芯片射出的光的范围变得更宽，因此与之前的产品相比，客户在设计光学系统时，无需再为激光通过对象物而改变光的形状。 Q：在内部置入准直透镜时，是否也付出了相当的精力？落合：以往没有准直镜的QCL产品需要客户自己调整光轴。中红外光是不可见光，无论是在光学材料还是特殊的光学系统设计上都是相当花时间的。在QCL封装外部设置透镜的话，因为没有大小的要求，所以是比较容易对准的。但是，若是内置透镜，就需要在狭小的封装空间内，与光轴完成高精度的对准以及固定。同时还必须考虑因光学材料的反射产生的噪音的影响。杉山：发射光斑大小只在10μ m*10μ m左右，要将这大约只有头发直径十分之一的光斑与光轴对准，可不是简单的事。而在出货检验时，安装了准直仪的透镜轴如果稍有偏差，都会成为不合格品。内置准直透镜的新型QCL滨松QCL获2016年日本激光学会产业“优秀奖”Q：QCL有什么典型应用？落合：比如说同位素检测。CO2虽是唯一的物质，但它也存在拥有不同质量数的C和O的“兄弟”同位素，其光吸收波长都各不相同。CO 2和13CO 2的吸收波长同是4.329μ m，而12CO 2 的吸收波长是4.328μ m。求出同位素之比，就可以知道排出源（植物、土壤、燃烧等）和形成原因，同位素检测可以说是激光QCL的真正的应用价值所在。Q：探测部分的InAsSb光电探测器又有着什么特点呢？朝仓：InAsSb光电探测器是含有In（铟）、As（砷）、Sb（锑）的化合物半导体。以前，作为3μ m~10μ m的红外探测器而得到广泛使用的是MCT光伏探测器、MCT光导探测器。但MCT中使用了RoHS指令中所禁止的汞、镉，所以我们重新开发了不含这些禁令污染物的器件。饭田：InAsSb光伏探测器的研制，需要同时在晶体生长和制程两个方面进行新的推进。话虽简单，但一方面现有的技术并不适用于新产品，而且还要开发出半导体材料的最佳生长方法和制程。晶体是在作为基板的硅晶片上形成薄膜层来进行生长的，它的品质与器件的特性息息相关，以此，为了得到高品质的晶体必须要不断改良其生长技术。制程则要通过改良设备的结构，来实现产品高灵敏度的性能。不过，最终我们都掌握了两方面的新技术。朝仓：MCT的个体差异性非常明显，而InAsSb光伏探测器不含汞、镉，且具有稳定性高、偏差小的优点，具有更大的优势。若固定产品规格，则会是非常好的量产化产品。 Topic 3 使用分子吸收的计测的应用范围广Q：客户对产品有什么样的反应？大石：有客户对QCL和InAsSb光伏探测器的配套组件进行了评估，显示出的性能渐渐地得到了客户的认可。因为覆盖了气体所含成分所吸收的狭小的波段，恰好显示出了QCL发光波长范围小的优势。我们也可以满足想要生产此类设备的厂家的需求。杉山：采用分子吸收计测是光学法的关键。不仅是气体，液体和固体也可以利用这样的方法进行分析，比如水分和胆固醇。Q：今后有怎样的推进计划？落合：目前的QCL产品覆盖了4μ m~10μ m波段，我们也在扩充能够覆盖更长波长范围的产品。当然，与之对应的是，我们接下来也将涉及10μ m附近的探测器的开发。朝仓：是的，光探测部分的InAsSb光伏探测器目前涵盖了2.5μ m~8μ m。我们打算将其延伸到11μ m、12μ m。大石：今后，无论是光探测器还是激光光源，都将同时覆盖10μ m左右的长波长领域。另外，我们构想着将这两个器件组成一个模块，更加高效地为客户实现气体探测的应用。

在今年春节前后于湖北武汉爆发的新型冠状病毒（2019nCoV）疫情当中，由于新型冠状病毒可以通过咳嗽、呼吸形成的飞沫进行传播，所以公共区域的疫情监控与防治成为遏制疫情的重要环节。而感染新型冠状病毒的患者症状表现主要呈现发热、咳嗽、呼吸困难和乏力等症状，所以体温筛检成为公共区域疫情监测的主要手段之一。但是，传统的温度计、额温枪等测温设备，不仅需要一对一检查，检测速度慢，而且还需要近距离接触，因此存在较大的交叉感染风险。相比之下，红外热成像体温检测设备由于能实现远距离（可达数米）、非接触式、多目标同时进行体温检测，是在公众场所甄别发热人群效率最高的一种方式。正因为如此，国务院于1月30日就印发了关于组织做好红外体温筛检仪及配套零部件生产企业复工复产工作的紧急通知，通知明确将红外体测筛检仪纳入疫情防控重点物资。虽然国内红外热成像产业链企业大立科技、高德红外、华中数控等紧急复工，并提供数千台红外热像仪，携手助力各地防疫工作，但远远满足不了目前疫情的需求。随着各地延迟上班时限的临近，返程复工大潮即将开启，必将对于疫情的防控带来更大的挑战。预计各地政府及企业将进一步加大防疫工作的建设力度，目前医院、高铁、飞机场、地铁、大型商超、写字楼、学校等场所对红外热成像体温检测设备需求急剧增长。以上海虹桥交通枢纽为例，2月8日下午2:00，上海举行新闻发布会，介绍上海新型冠状病毒感染肺炎防控工作情况。随着返程高峰的到来，上海虹桥机场、虹桥火车站共设置了16个检测点，主要以红外热成像体温检测设备为主，截至2月7日，虹桥枢纽机测体温122万人次，发现体温异常101人。显然，要想在短时间内实现对于如此大规模人次的体温检测，红外热成像体温检测设备是必不可少的利器。目前，市场上的红外热成像体温检测仪一直处于缺货的局面，各大热成像体温监测仪厂商的相关产品均处于缺货状态，一些厂商的相关热门机型的订单都已经排到了两个月以后。与此同时，热成像体温检测仪所需的一些关键元器件也出现了严重的缺货情况。下面就从市场需求、红外热成像技术及产业链等方面，对于红外热成像体温检测行业进行剖析。一、非接触式红外热成像体温筛检市场需求巨大2020年2月2日，工信部新闻发布会上曾提到，目前为止收到各地各方面对红外体温检测仪的需求约为2万台，手持式约30余万台。工信部预计，整个全自动红外热成像体温检测仪需求约为6万台，手持式约55万台。随着各地复工返程人流高峰的到来，为了进一步加强对于疫情的防控，预计各地政府及企业也将加大防疫工作的建设力度，红外热成像体温检测仪将成为疫情的关键防控设备，特别是在地铁、汽车站、火车站、机场、医院、学校、大型写字楼、工厂等应该重点监控的人流密集区域，红外热成像测温设备需求将大幅提升。根据交通运输部公开的数据显示，2019年10月24日，国内共有39个城市开通运营城市轨道交通，运营里程超过5800公里。我们假设平均1.1公里设有一个地铁站，全国地铁站数量为约5200-5300站。如果每个站点都至少部署两台红外热成像体温检测设备（进站口和出站口），则需求量将超1万套。汽车站方面，我们按照333个地级市，2862个县进行大致测算，假设每个地级市平均拥有1.5个车站，每个县拥有1.2个车站，则对应全国汽车站数量为3934个，如果每个车站配备两台红外热成像体温检测设备，则需要近8000套。火车站方面，资料显示，国内客运站数量约有2000个。根据最新的报道显示，深圳市政府和铁路部门的相关工作部署，深圳站、深圳东站、深圳北站、福田站、光明城站、深圳西站等6个车站都将在车站出站口（上述车站共计出入口13个）加装体温监测设备，共计32套。也就是说平均单站需要至少5套红外体温检测设备。考虑到很多小的站点人流较少，我们假设单站至少配置3套红外体温检测设备，则需要6000套。机场方面，资料显示，截至2019年底，国内机场已达到248个（如果按航站楼来算，数量更多）。由于大型机场的入口及安检口较多，所以需求量较大。根据四川在线的报道显示，成都双流国际机场T2航站楼，目前在客流量相对较大的8个进出口安装了10台红外热成像体温检测仪，以便在确保安全同时尽可能提高通过效率。如果我们按照平均一个机场需要10台红外热成像体温检测设备来估算，那么这块的需求就将达到2480套。▲成都双流国际机场T2航站楼部署的红外热成像体温检测设备（图片来源：四川在线）在学校方面，根据教育部发布的《2018年全国教育事业发展统计公报》显示，截至2018年，全国共有各级各类学校51.88万所。如果按照每个学校至少配置1套红外体温检测设备来估算，则需要51.88万套。在医院方面，数据显示，全国大中型医院超过3.3万家，如果每家医院至少配备2套红外热成像体温检测设备，那么就需要6.6万套。综上，在新型冠状病毒疫情之下，如果飞机、火车、地铁、汽车站等交通枢纽，以及医院、学校等人群聚集地都配备红外体温检测设备，那么仅这些市场的需求就将超过约61.13万套。此外，数据显示，目前国内写字楼物业在管面积超15.5亿平米，同时国内还有数量庞大的工厂、企事业单位，这也意味着红外体温检测设备的潜在市场需求巨大。二、红外体温监测产品类型多，单价高在产品类型方面，目前在公共区域部署的红外测温设备主要有四大类：固定式检测系统、移动式检测系统、手持式检测设备和测温安检门。▲固定式红外热成像体温检测系统，通常部署在交通站点的出入站口，检测精度高（可以做到± 0.2℃以内），视场角广、检测距离远，最远可支持10米左右，同时可以对10个左右的目标进行检测。而为了保证检测精度，通常固定式红外热成像体温检测系统会配备一个与正常人体热辐射能量一致的恒温“黑体”（上图红色方框内）来作为参照标准，进行实时校准。目前固定式的红外热成像体温监测设备价格较高，通常需要十多万元不等。（图片来源：芯智讯摄于深圳北站）▲移动式红外体温检测系统，可以进行移动式灵活部署，检测精度（在配备有黑体校准的情况下）、视场角和检测距离与固定式相当。通常价格也要十多万。（图片：高德红外部署于火神山医院的全自动红外热成像测温告警系统）▲手持式红外热成像测温设备，可以进行一对一或一对多的检测，不过检测精度(部分误差大于± 0.5℃)、视场角、检测距离（有些只有0.5m）大多低于固定式和移动式红外测温设备。价格方面，低的有四五千块的，精度较低，可能只有± 2℃，精度高的则要数万元。▲另外，在预算有限的情况下，手持式红外热成像测温仪也可以用三脚架固定住，充当固定式红外测温设备。▲红外热成像测温安检门，这种类似于固定式红外热成像体温检测系统，不过检测精度、检测距离都要低一些。以上面视频中的海康威视的这款红外热成像测温安检门为例，其测试距离为0.3-3米，精度为± 0.5℃。此类产品价格大概在2万左右。需要指出的是，由于目前市场需求较大，且受春节放假及部分区域推迟上班政策影响，这也导致了一些原料及器件的供应受阻，设备厂商的产能提升有限，这也导致了“一机难求”的局面。再加上一些中间商囤货、炒货，也进一步加重了缺货及涨价的局面。三、红外体温检测原理及系统结构1、红外热成像原理红外线是众多不可见光线的一种，又称红外光、红外热辐射，其波长介于微波与可见光之间（波长在0.76-1000微米间）。理论上，所有温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外辐射红外线，而红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关，温度越高，红外线能量就越大。▲红外光的波长处在微波和可见光之间（来源：睿创微纳招股说明书）目前主流红外成像系统，一般选择不易被大气吸收的3~5μm、8~14μm的热红外线作为主要工作波段，工作在3～5μm波段的称为中波红外探测器，工作在8～14μm波段的称为长波红外探测器。而不同探测目标有不同的辐射特点，需要根据目标辐射温度、背景辐射环境、探测距离等因素来综合考虑选择的探测器。具体来说，红外成像系统将探测到的热红外线转换为可见图像分为三个环节。第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号；第二步是利用后续电路将微弱的电信号进行放大和处理，从而采集到目标物体温度分布情况；第三步是通过图像处理软件对上述电信号转换为电子视频信号，通过显示系统得到可见图像。2、红外热成像系统结构：红外探测器是核心红外热成像系统主要由包括红外光学系统、机芯、智能处理电路、电池、外壳、显示屏等组成的完整系统。▲红外热成像系统结构（来源：FLIR公司官网，睿创微纳招股书，方正证券研究所整理）其中，机芯主要由红外探测器及带有算法的数字图像处理电路构成。机芯的工作原理是将探测器输出的微弱电信号进行处理以及数字化采样，通过算法对数字化后的信号进行图像和温度定量的处理，最终将目标物体温度分布图转化为视频图像。而红外探测器是红外成像系统的核心组件，主体为红外焦平面阵列，利用焦平面阵列将红外辐射信号转化为电信号，其性能决定了最终成像的清晰度和灵敏度，结构上主要由CMOS读出电路及MEMS传感器两部分组成。上层的MEMS传感器用于吸收红外辐射能量，能量产生的温度变化引起材料电阻变化，CMOS读出电路将微小的电阻变化以电信号的方式输出。▲红外探测器架构示意图（睿创微纳招股说明书、中信证券研究）根据焦平面阵列工作单元光电转换过程中应用物理原理的不同，红外探测器可分为光子探测器和热探测器。两类探测器应用不同的敏感材料，对应不同工作温度。3、制冷型与非制冷型探测器光子探测器的各类敏感材料中，碲镉汞应用最广泛，量子阱（QWIP）、量子点、超晶格材料近年来也都在快速发展。上述敏感材料一般工作于低温环境，如适用于中波段的碲镉汞材料有效工作温度为200K（-73℃），当探测器制冷到77K时，该材料的响应波段才能延伸到3~5μm，只有接近绝对零度光谱效应才能超过8μm，因此光子型探测器需要配置制冷器，也称制冷型探测器。而制冷器的应用也决定了制冷型探测器的体积大、功耗大、寿命短。在热探测器的敏感材料中，氧化钒和非晶硅应用最广泛。参考AntoniRogalski2011年发表的《RecentprogressinHgCdTeinfrareddetectortechnology》，全球范围内应用氧化钒材料的非制冷探测器市场份额达70%，而多晶硅为17%。因为该类材料都工作在常温环境，不需要制冷器，所以热探测器也称非制冷探测器。▲非制冷红外焦平面探测器分类综合来看，制冷型由于敏感材料成本高、使用波段窄、制冷系统成本高等原因，使用成本大幅高于非制冷。且制冷型的主要敏感材料如碲镉汞和新型量子材料在制备过程中难以生长、成品率低，导致价格高于非制冷型的常用敏感材料。制冷型不同材料稳定可测的光电效应只集中在部分波段内，导致普通制冷型适用波段较窄，不同波段的探测任务需要使用多个制冷型探测器，或是价格更为昂贵的多波段制冷型探测器。非制冷型的响应是温升变化，与频率无关，因此单一热探测器能够基本覆盖完整红外波段，完成各波段探测任务。目前，制冷型探测器虽然性能优异，但是需要在液氮低温下工作，体积大且成本高，整机售价高达数十万元，主要用于航天、船舰等领域。而非制冷型探测器不需要添加制冷装置，因此结构简单、体积较小，价格相对低廉，在军用领域，不仅能够取代部分制冷型应用，还能应用于诸多制冷型红外探测器受限的场合，比如单兵装备等，在民用领域也在快速普及。除了医学测温之外，红外热成像测温还可用于预防性检测，例如对电力输电线路、发电设备、机械设备等通过红外热像仪检测异常发热区域，可以预防重大停机以及事故的发生。在建筑方面，用于检测房屋的隔热效果、墙壁外立面、空鼓、渗水和霉变等。其它的领域还包括产品研发、电子制造和制程控制等。不过，非制冷型红外探测器的设计、生产及研发涉及到材料、集成电路设计、制冷和封装等多个学科，技术难度大，目前全球仅有美国、法国、以色列、中国等少数国家能够掌握非制冷红外探测器核心技术。四、核心器件国外厂商垄断，国产化加速由于非制冷红外焦平面阵列探测器是从20世纪80年代开始，在美国军方支持下发展起来的，在1992年全部研发完成后才对外公布。初期技术路线包括德州仪器研制的BST热释电探测器和霍尼韦尔研制的氧化钒（VOx）微测辐射热计探测器。后来由于热释电技术本身的一些局限性，微测辐射热计探测器逐渐胜出。2009年，L-3公司最终宣布停止继续生产热释电探测器。之后，法国的CEA/LETI以及德州仪器公司又分别研制了非晶硅（a-Si）微测辐射热计探测器。霍尼韦尔后来把技术授权给数家公司生产制造，CEA/LETI的技术在新成立的ULIS公司生产。而后的20多年内，美国的非制冷探测器发生过多次的公司并购重组，Flir成为了最大的非制冷探测器供应商。特别需要指出的是，红外探测器不仅能够精确测量人体/物体温度，而且支持在无光环境进行侦测，具有夜视、测温等应用。因为红外热像仪捕捉红外线的能力较强，可以被动接收物体的微弱远红外辐射，抗干扰能力较强，更为隐蔽，并能在有烟雾和强光干扰的情况下探测到物体，因此最早在军事作战和警用领域被广泛应用。近年来才开始逐步进入安防及海外狩猎等民用市场。而在此次国内爆发的新型冠状病毒疫情的影响下，人体体温筛查成也为了红外热成像仪的一个重要应用。不过，由于红外探测技术具有高度的军事敏感性，现代化军队对红外设备的依赖也在不断加强，核心技术由国外少数国家掌控并高度管制，各国对高端军用红外产品及相关技术实施禁运以维持垄断地位。这也在一定程度上限制了国内高端红外探测技术的发展。根据《瓦森纳协定》中对于红外探测器的规定，满足“一定条件”的红外热像仪将属于“武器级别”，该级别的红外热像仪需要获得相关证书才可出口。这些“一定条件”包括对图像采集频率、像素、价格的要求。在该协定下，长期以来我国高端红外技术受到国外封锁，对于高端探测器的内在需求缺口大。例如，大立科技在2008年招股说明书称“法国SOFRADIR、ULIS（为母子公司）的供货，目前还没有相关替代措施。其高端产品对我国仍然禁售，中低端产品价格昂贵，并实行最终用户许可制度”。在此背景之下，美国的Flir、FLUKE以及2019年由Sofradir和ULIS合并而成的Lynred成为了全球非制冷红外探测器的主要供应商。而对于国产红外设备厂商来说，在高端红外探测器进口受限的情况下，自研也就成了一条必须要走的路。目前，国内高德红外已建成了8英寸0.25um批产型MEMS生产线，是国内唯一一条自主可控且具备批产能力的非制冷红外焦平面探测器生产线。而睿创微纳也掌握MEMS芯片的核心技术，主要系自产自用，同时也有向海康威视等供应；大立科技在核心器件领域获“核高基”重大专项资金支持，在非制冷红外焦平面探测器领域也获得了突破。此外，还有北方广微、中电11所等。据了解，海康威视也有自研非制冷红外探测器，主要依托于2016年成立的子公司海康微影，目前已可提供高性能、低功耗的视觉传感器及MEMS机芯组件。综合看，国内厂商非制冷红外探测器性能指标与国外差距不大。非制冷红外探测器的主要应用于民品和军用单兵装备市场，性能指标发展到一定程度后即可较大程度满足各方面客户的需求，继而性价比成为扩展市场的关键。国内相关厂商经过长期的研发投入与技术积累，目前与国外相关民用产品的技术性能差距不大，部分产品的部分性能指标已接近于国外同类产品。例如，睿创微纳已成功量产阵列规模达1280× 1024、像元尺寸达12μm的氧化钒非制冷探测器，在这两个主要参数上已经超越BAE、ULIS，并且已成为全球继DRS后第二家成功研制10μm非制冷探测器的企业。但12μm在睿创微纳产品系列中渗透率不高，多数产品仍使用17μm等大尺寸探测器。同时在封装技术上，国内企业如睿创微纳、高德红外仍以陶瓷封装、金属封装为主（而国外晶圆级封装已较为普及），良品率也尚待提高，预计未来国内厂商将集中在降低成本以提升产品性价比上发力，并有望获得更多的市场份额。从整机领域来看，由于红外成像行业的准入门槛较高并存在技术封锁，目前国际上仅美国、法国、韩国、以色列和中国等少数国家掌握非制冷红外芯片设计技术，而具备大规模生产能力的厂商也较少，目前主要包括美国的DRS、L3、BAE、FLIR、Seek，以色列的SCD，法国的ULIS。其中，欧美厂商较早地进入了非制冷红外热成像产品市场，已经建立份额优势。根据YoleDevelopmentGroup的统计，2017年非制冷红外热成像仪全球总销量130万台，北美厂商中仅FLIR一家公司份额就达到66%。而国内供应商主要有大立科技、高德红外、华中数控、睿创微纳、海康威视、大华、中电11所、北方广微、广州飒特等。但是，相对于国外厂商来说不论是在营收规模还是在市场份额上都较小。从整个红外产业链来看，目前国产厂商在各个环节当中的占比也仍然很小。五、部分相关企业1、FLIR美国FLIR是迄今全球最大的专门从事红外系统解决方案的公司之一。美国FLIR公司成立于1978年，逐步从民用红外市场拓展至警用执法机构、军用市场。通过贯彻“商研军用”（CDMQ）战略，坚持以降低成本、系统化、拓宽下游应用领域为三大并购方向，并在近两年并购与大数据、云计算、人工智能等相关企业，FLIR成功实现向多领域提供以红外为主探测解决方案企业的转型。近年来FLIR全球市场份额提升显著，全球民用红外市场份额由2002年的27%（Maxtech数据）提升至2016年的66%（YoleDé veloppement数据），全球军用红外市场2014年位居第七。2018年，FLIR实现营业收入17.76亿美元，近十年毛利率、净利率平均值为50.96%、14.04%，较为稳定。2、高德红外高德红外创立于1999年，是规模化从事红外核心器件、红外热像仪、大型光电系统研发、生产、销售的高新技术上市公司，拥有完全自主知识产权的红外核心芯片。高德红外工业园位于“中国光谷”，占地200余亩，总资产50亿元，高科技人才3000余名，已建成覆盖底层红外核心器件至顶层完整光电系统的全产业链研制基地。据高德红外负责人介绍，在本次新型冠状病毒疫情中，除面向大型人群的全自动红外热成像测温告警系统外，高德红外的手持测温仪也在加大供货，具备使用便携、测温精准、移动互联等特点，可快速高效进行高温体征筛查。目前公司产品处于供不应求的状况。据了解，面对疫情，高德红外关键岗位员工春节假期无休，生产员工24小时轮岗制加班加点生产红外人体测温仪。目前高德红外主要提供的红外体温筛查仪三个型号产品有XT236及MS系列，采用384× 288分辨率的非制冷焦平面探测器，可提供清晰的红外热像图，以及1280x960分辨率的可见光图像；采用先进的智能图像算法处理技术，大大提升了监控效果。同时，公司也在不断开发和升级其他产品，为了还将推出3-4种型号来应对疫情防控。同时会保持24小时轮班生产制度，充分释放产能。公司已新增了15000套全自动红外热成像测温告警系统的生产计划，即将以每月1000套的速度生产，尽快提供更多的产品来助力一线人员的疫情防控工作。对于人体测温仪的核心原材料及产能问题，在近日的电话会议上，高德红外表示，公司原材料充足，备产1.5万台，预计2月10日之后达到每天1000台的产能。高德红外强调，公司是国内唯一成功搭建三条8英寸探测器芯片(制冷、非制冷)批产线的企业，由于公司有自产芯片，探测器有现成存货，且公司新投产的备料已经基本齐备。对于其他原材料的供货，虽然武汉和湖北受到交通管制，但工信部已把高德公司列入重点保障名单，现对公司的物料和物流方面开绿灯，同时还上报了未复工原材料企业的清单，一一通知各个厂家复工，原材料采购不存在问题。另外，测温产品生产过程中最耽误工时的是校温，而目前行业只有高德红外拥有有全自动校温线，因此生产效能是没问题的。据不完全统计，截至目前，由高德红外生产的红外人体测温仪，已有二千余台安装到了包括武汉天河机场、武汉高铁站、武汉协和医院、成都双流国际机场、成都东站、北京大兴国际机场、广东白云机场等在内的全国各地的医院、车站、机场等人流密集的公共场所。在武汉火神山雷神山医院和供医生住宿的酒店里，也都安装上了高德全自动红外热成像测温告警系统。3、大立科技浙江大立科技股份有限公司（以下简称大立科技）前身为1984年成立的浙江省测试技术研究所，2001年完成改制，2008年2月在深圳证券交易所挂牌上市。大立科技的主要产品包括非制冷红外焦平面探测器芯片、红外热像仪和巡检机器人三大类，产品应用涵盖民用与军工。公司拥有热成像产品核心器件、机芯组件及整机系统的全产线生产能力，是国内规模最大、综合实力最强的民用红外热像仪生产厂商之一。从营收占比来看，大立科技营收的93%都是来自于红外产品。同时，公司是军用红外非制冷探测器定点承研承制单位，具有武器装备科研生产的完备资质，是国家二级保密资格单位。在本次新型病毒疫情发生之后，大立科技迅速做出响应，并率先在武汉大学中南医院里投入DM60-W人体测温智能筛查系统。▲大立科技DM60-W人体测温智能筛查系统（来源：公司官网）据介绍，大立科技的测温智能筛查系统援助过非洲埃博拉，是应对SARS、赛卡、鼠疫等传染疫情的明星产品，具有非接触式快速筛查体温，远距离、大面积人群检测。公司产品具备计量证书，且在卫生检疫行业应用广泛，红外与高清可见光同步监控，温度显示，并能多点温度同时报警，实行多机同时管控。目前，为了保障生产，大立科技已成立应急工作小组，生产部门加班加点，全负荷满足疫情防控需求，保障防疫工作的顺利开展。在大立科技2月2日的电话会议中表示，相关负责人表示，即使春节假期加急赶工，其测温智能筛查系统的产能也只有100台/天。而限制主要来自于上游相关器件及材料的供应商的供应不足。2月4日下午，大立科技董秘范奇就产能问题表示：“公司目前红外热成像测温仪日产能稳定在100台左右，月均大概3000台，计划在供应链稳定后，提高到5000台。产品有两种，单品价格主要取决于探测器分辨率，不同场景配备的不同镜头等。”大立科技方面还表示，当地省经信厅还向公司派驻了驻厂干部，帮助公司协调相关部门和供应商，确保供应链的持续稳定。为了可根据疫情防控需要进一步提高产能。据了解，2019年12月至今，大立科技已有200余套设备部署在武汉、上海、内蒙古、深圳以及非洲等地机场枢纽、口岸、医院等区域。针对此次疫情，公司作出快速响应，已快速支援武汉中南医院、无锡硕放机场、湖州火车站、温州机场、深圳证券交易所、杭州萧山机场等地。4、睿创微纳睿创微纳成立于2009年12月，注册资本1.8亿元，是一家领先的、专业从事非制冷红外成像与MEMS传感技术开发的高新技术企业，致力于专用集成电路、红外成像传感器及MEMS传感器设计与制造技术开发，为客户提供性能卓越的红外热成像、非接触测温与MEMS传感技术解决方案。公司核心技术团队拥有多年数模混合集成电路设计、传感器设计与制造、MEMS器件封测技术、图像处理算法研究与开发经验，具有完整的从集成电路到MEMS器件、模组技术研发和产品实现能力。值得一提的是，睿创微纳成立的近十年间获117项专利信息以及13项软件著作权。目前，睿创微纳的产品广泛应用于工业测温、汽车夜间辅助驾驶、安防监控、森林防火、建筑节能评估、消费电子以及物联网等诸多领域。整体来看，受益于民用领域红外热成像仪的需求扩张，公司民品业务收入大幅提升，2016~18年营收CAGR为153%，2018年民品营收达2.69亿元，其中探测器、机芯和整机分别贡献0.93/0.60/1.13亿元。展望未来，随着渗透率提升+下游应用空间进一步打开，公司民品业务同样有望持续快速增长。在本次新型冠状病毒疫情当中，根据公司公告，2020年前公司用于人体体温筛查的产品销售占比较低，相关产品2018/19年营收分别为7.7/196.3万元。公司的主要产品为红外探测器、机芯组件及红外热像仪。疫情爆发后，公司加紧生产测温模组及人体体温快速精准筛查红外热像仪，目前已应用于武汉协和医院、广州白云机场、成都火车站、北京地铁站等防疫筛查一线工作中。▲睿创微纳的红外体温检测设备被应用于武汉协和医院（图片来源：艾睿光电；注：艾睿光电是睿创微纳全资子公司）目前睿创微纳已接到大量订单，且政府已出台相关政策解决红外测温仪配套零部件的复工及运输问题，预计公司测温设备出货量将迅速增长（预计可达到数百~上千套/月）。另外，根据此前睿创微纳招股说明书显示，睿创微纳计划至少投入1.2亿元用于红外热成像终端应用产品开发及产业化项目，旨在拓展终端产品应用广度。项目建成后，公司将拥有汽车辅助驾驶、安防监控、个人视觉、测温四大板块，该项目将为公司新增7000只/年的整机产能，并将强化公司在民用产品领域的布局。在核心的非制冷红外焦平面芯片技术方面，睿创微纳也在积极扩充产能。根据公司招股说明书，公司计划投资2.5亿元用于非制冷红外焦平面芯片技术改造及扩建项目。该项目在公司业务的基础上，对非制冷红外焦平面芯片进行技术升级，开发下一代像元尺寸传感器技术、更先进的晶圆级封装技术（WLP）和晶圆级红外光学技术，以及智能的专用红外图像处理芯片（ASIC）技术，实现非制冷红外芯片的集成化、模组化、大规模产业化。项目建成后可生产高端、中高端、中低端和低成本四个探测器产品系列，该项目预计新增产能约36万只/年（2019年公司产能预计为20万只/年）；同时，在晶圆级封装技术成熟后，公司生产效率与成本将能显著优化。与此同时，睿创微纳还将投入至少8000万元用于睿创研究院项目。研究院的三个研究方向包括太赫兹成像技术、新一代红外芯片和智能模组以及高端光学MEMS芯片。需要指出的是，睿创微纳还为海康威视、华中数控等红外整机厂商提供红外测温探测器或机芯。根据财报显示，2016年起，睿创微纳就与海康威视建立了良好的业务关系，后者连续三年成为公司第一大客户，2018年海康威视从公司的采购额接近8500万元。2018年起，随着公司加速整机业务拓展，2018年海康威视对公司的营收占比较过去两年下降。5、华中数控华中数控成立于1995年，随后在1998年华中数控变成国家数控的产业化基地，依托在学校，2001年改成股份公司，2011年在创业板上市。主营数控机床、机器人和智能制造装备、新能源汽车电驱、红外热成像仪等业务。华中数控是国内最早做红外人体测温系统的公司，产品早在2003年非典就发挥重要作用，有近二十年历史，目前这块业务年销售收入在3000万元左右，国内市占率一直排名靠前。今年单一此产品应该会带来收入的高速增长，今年新型冠状病毒疫情发生后，对于红外测温系统的需求快速增长。位于湖北武汉的华中数控不仅向湖北省内各地市州捐赠了若干人体测温红外热像仪。同时，公司生产的红外热像仪的生产和安装工作也如火如荼的进行着。此前华中数控相关负责人接受采访时就表示，1月20日深夜，由华中数控生产的首批12台红外智能体温检测系统，就已经在郑州某重点三甲医院安装完毕。21日，13台设备发往西安咸阳国际机场，1月22日安装完毕。之后还有20多台设备陆续发往郑州、北京、深圳、长春等城市的医疗机构和交通枢纽。截至1月22日，发往全国各地的“红外智能体温检测系统”已经累计达到299台套。1月25日，大年初一，火神山医院的华中数控的“红外热成像智能体温检测系统”设备也正式投入使用。在产能方面，此前工信部要求华中数控在2月10日达到50台/天的产能。而根据2月6日华中数控的电话会议显示，目前华中数控的红外体温检测设备的产能正在迅速爬升，月初产能是20-30台/天，目前本周已经爬升至60-80台/天，目前已经供货接近400台，本月7-12号基本稳定在60-80台/天，预计将于本月12日爬升至100台/天，2月20日达到110台，后续还有爬升空间。华中数控表示，目前产能制约主要是在零部件供应上（其主要采用的是国外机芯），国外芯片每周在500台，12号之后国产芯片也会供应，产能继续增加。另外，校准的黑体目前所有竞品企业都缺货，但暂时只影响设备部分精度，不妨碍使用。6、AI厂商助力红外体温检测值得一提的是，除了传统的红外体温检测设备厂商和一些安防厂商推出了相应的体温检测设备之外，国内的不少AI技术厂商也纷纷利用自身的技术赋能红外体温检测设备。旷视科技就推出了“明骥”AI体温检测系统，与以往不同的是，这套AI测温系统创新采用了人体识别+人像识别技术，配合红外/可见光双传感器的解决方案，同时基于自主研发的人工智能平台Brain++完成了对带口罩和帽子检测算法的优化，不需要被识别者脱帽或者摘掉口罩，即可完成对于体温和人脸的识别，使得在人流密集型的场景下也可以快速识别。可实现每秒15人的高速检测（摄像头采集频率达到每秒25帧），精度可达± 0.3℃，且一套系统可以覆盖16个通道，基本保证了一座地铁站出入口的管控。▲在海淀政务大厅，人们正在试用旷视“明骥”AI体温检测系统百度公司也推出了基于AI图像识别和红外热成像技术的“百度AI多人体温快速检测方案”，实现快速初步筛查，高温人群准确测温及精准定位等功能，并已在清河站完成部署。▲百度AI多人体温快速检测解决方案据介绍，百度AI多人体温快速检测解决方案使用了基于人脸关键点检测及图像红外温度点阵温度分析算法，可以在一定面积范围内对人流区域多人额头温度进行快速筛选及预警，解决了佩戴口罩及帽子造成的面部识别特征较少的问题，方便对人流聚集处的快速筛选。澎思科技也推出了“澎思智能无感人体测温系统”。据介绍，该系统采用红外热成像体温检测方式，由便携式主机、热成像摄像机（黑体可选）组成，在30° C～45° C测量范围内，系统同时支持16个目标检测，测温感应距离远达3米，多目标测温精度高达± 0.3° C，固定通道单点测温精度高达± 0.2° C，能够快速实现异常体温筛查。▲澎思智能无感人体测温系统同时，搭载澎思自研的人脸识别和行人ReID技术，实现人体体温与人员智能关联，一旦发现体温异常目标，将立即通过本地语音、灯光等多种方式实时告警，帮助工作人员快速定位发热人员及其亲密接触群体，并进行拦截，以启动进一步的确认检测和医学观察。同时体温、人脸比对记录将同步后台，方便后续溯源。

2022年7月，国家橡胶轮胎质量检验检测中心联合塞塔拉姆仪器公司成立热重分析仪共建实验室，聚焦于橡胶及热塑性弹性体的检测，将推进高端热分析仪器在弹性体材料分析中更深入和广泛的应用，为橡胶轮胎成分分析技术的发展提供硬件支持。也希望未来与更多高端仪器设备企业合作，为橡胶轮胎检测分析开发更先进的技术手段。国家橡胶轮胎质量检验检测中心（CTQI）经国家批准于1987年成立，是我国成立最早、技术全面的橡胶轮胎实验室，橡胶轮胎中国强制性产品认证（CCC）检验机构，承担有关部门指定的轮胎产品质量监督抽查任务，也是市场监管总局批准的缺陷汽车产品检测与实验机构，承担轮胎产品质量争议的鉴定工作及轮胎产品的剖析工作，是权威的科技成果鉴定检测机构。中心化学分析组在60多年的成长过程中，配备齐全了橡胶分析用主要大型仪器设备，包括热重分析仪、差示扫描量热仪、气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪、红外光谱仪、液相色谱仪等化学实验室常用仪器设备。检测手段先进，技术力量雄厚，不仅能提供优质的检测服务，帮助客户解析检测结果，还在不断提升科研检测能力，开发探索新的检测分析方法，引领我国橡胶行业化学检测的发展。塞塔拉姆仪器公司是一家全球领先的高温热分析仪和量热仪的制造商和供应商。作为在高温、超高温热分析和三维卡尔维量热（3D Calvet）测定方面的专家，塞塔拉姆公司为其产品应用的不同领域(包括生命科学和制药研究，能源环境与材料应用，石油化工与过程安全等)提供了全套专业的测试和分析方案。Setline系列热分析仪是塞塔拉姆仪器公司旗下的合资产品系列。2018年差示扫描量热仪（DSC）、同步热分析仪（STA）在中国区进行全球首发，独立悬挂式TGA于2021年重磅上市，形成包括DSC、STA、TGA等全系列5款主流产品。Setline系列热分析仪定位于高精度、通用型实验室仪器，是率先落户中国合资生产、全球销售的海外高端热分析品牌。Setline无论从生产工艺，原料质控，软件匹配以及性能指标等方面严格执行法国工厂标准，符合欧盟质量与安全法规。Setline系列产品作为新一代通用型DSC/STA/TGA，从工艺水平，技术手段和性能表现上最大程度地缩小了中国制造与欧美产品的技术代差，开创了高端热分析仪国产化新纪元。热重分析仪在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间）的变化关系，可以针对样品中聚合物、添加物以及其他物质进行检测，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等领域的研究开发、工艺优化与质量监控。在橡胶领域，热重分析法目前有国际标准和国家标准。我中心通过热重分析仪可以有效分析橡胶的组分及其含量，在轮胎剖析工作中一直发挥重要作用。热重分析仪（TGA）

本文介绍了检测沼气成分的五种主要方法:奥氏气体分析法、热催化燃烧检测法、热导元件检测法、气相色谱GC检测法、红外气体分析法，分析了这五种检测方法的特点及其在我国沼气服务体系中的适应性，并总结了目前最适宜我国大中型沼气工程沼气成分监测的分析方法是红外沼气成分分析技术。1、奥氏气体分析法 奥氏气体分析法是一种经典的化学式手动分析方法，该方法是利用溶液吸收法来测定CO、CO2和O2浓度，CH4和H2浓度则在爆炸燃烧法后用吸收法测定，剩余气体为N2。目前传统的奥氏气体分析方法在沼气成分检测中应用较少。针对农村沼气服务体系的特定应用，通常采用检测管法，该方法操作更简便，常用的检测管有H2S、O2、CO2、CO等，但没有直接测量CH4浓度的检测管，CH4浓度是通过计算所得，即100%-[ CO2 ]-[空气]-[H2S]-[ CO ]等，因此存在一定误差。 奥氏气体分析仪具有结构简单、价格便宜、维修容易等优点，常用于CO2、O2、CO、H2、烃类等气体浓度的测定，在实验室里应用广泛。但该仪器长期运行成本高，仅每年购买试剂和玻璃器皿至少要1万多元，且必须对气体进行人工取样，才可在实验室内进行分析，其中分析人员的操作技能和“态度”对分析的精确度也有着较大影响。同时奥氏气体分析仪只能对单一成分逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能，分析费时，操作繁琐，响应速度慢，效率低，难以实时在线地分析现场工况，现逐渐被全自动分析仪器替代。2、热催化燃烧检测方法 热催化燃烧检测方法是利用两只热催化（黑白）元件——补偿元件和桥臂电阻构成惠斯顿电桥加一恒定电压，将铂丝加热到500℃，当遇到空气中的可燃气体时，测量元件在催化剂的作用下，在元件表面发生催化反应，使得温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡，以此来测定甲烷浓度。该方法是检测甲烷泄漏最简单、经济的方法，在我国煤矿安全检测领域具有广泛应用。但载体催化元件只能检测0~4％的甲烷浓度，当空气中甲烷浓度超过5％后，元件会发生“激活”现象，造成永久损坏。同时检测设备需要频繁标定，热催化元件的仪器使用寿命一般在1年内，精度较差（10%），而在高H2S条件下，易造成传感器中毒甚至报废，使用寿命大大缩短。3、热导元件检测方法 不同气体的导热系数存在差别，热导元件检测方法就是根据这一特性，来测定气体的体积浓度。沼气的主要成分是CH4和CO2 ，被测沼气的导热系数由CH4和CO2共同决定。对于彼此之间无相互作用的多组分气体,其导热系数可近似地认为是各组分导热系数浓度的加权平均值。因此,根据沼气的导热系数与各组分导热系数之间的关系,就可以实现沼气多组分气体浓度的测定。 目前该检测方法已广泛应用在煤矿瓦斯抽排领域，也可用于沼气中甲烷浓度的测量。但该类型传感器使用寿命一般在2年左右，且该传感器对于低浓度测量，具有较大局限性，如无法测量浓度低于5%的甲烷浓度，如果用于甲烷的泄露报警将会造成较大误差。4、气相色谱GC检测方法 气相色谱GC分析方法是利用气体物理吸附能力的差别，将采样的气体在色谱中分离然后,热导检测器通过热电阻与被测气体之间热交换和热平衡来实现其CH4、CO2、O2等气体浓度的检测，该检测方法分离效能高，对物理化学性能很接近的复杂混合物质都可以进行定性、定量检测，灵敏度较高。气相色谱分析原理示意图 由于柱温与载气对分离结果的具有较大影响，其中柱温对分离结果的影响比载气的大，所以在检测过程中，除了要经常更换色谱柱外，还需要对色谱柱温和载气流速进行适度的调节，以免影响分离结果造成误差。同时色谱价格相对较贵，需要采样，不能实现在线分析。5、红外气体分析方法 当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯一比尔定律，也就是红外光谱检测方法的基本原理。红外气体分析技术作为一种快速、准确的气体分析技术在实际应用中十分普遍。由于该方法是采用物理原理，分析气体不与传感器发生反应，因此传感器使用寿命很长，该类型传感器不仅可以用于测量沼气泄露的低浓度报警，也可以用于高浓度的沼气成分测量。 由上表可知，红外气体分析技术相较于奥氏、热催化、热导元件、气相色谱气体分析技术，具有响应时间快、灵敏度高、使用寿命长、仪器操作方便等优势。但对国内用户而言，红外气体分析技术普遍存在NDIR传感器价格昂贵、维护困难、产品质量参差不齐等问题。针对这些问题，四方仪器对NDIR传感器进行了升级，将红外传感器进行模块化设计，一个传感器对应检测一个气体组分，拆卸维护方便，使得仪器在体积、性能、维护、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。 如沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200Plus，采用自主知识产权的模块化红外传感器，可实现CO、CO2、CH4等多组分气体浓度的快速测量。同时其H2S、O2浓度测量可拓展，流速、流量可采集，体积轻量化，APP终端智能化等创新设计，弥补了沼气成分、流量一台仪器不可同时测量，长距离、大规模沼气项目监测设备不易携带，监测数据获取流程复杂等的不足，可广泛用于生物沼气、污水处理废气和垃圾填埋气体等沼气成分的可靠准确且经济有效的监测。在满足行业标准应用的同时，仪器测量组分还可根据用户需求定制，轻巧便携，实用性大大提高。模块化红外气体传感器工作原理6、结论 在沼气技术服务体系建设中，气体分析仪发挥了十分重要的作用，在选择配置时需要考虑仪器的使用寿命、功能、质量保障体系、实用性、性价比等因素。在奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱、红外光谱的气体分析仪中，从寿命、功能、实用性等方面考虑，可优先选择红外方法的仪器；如果仅测量甲烷浓度或检测泄露，可以考虑基于热导和热催化原理的仪器；如果用于实验室定性与定量的精准测量，也可以考虑色谱分析方法。 但随着沼气生产和过程控制要求的逐渐提高，不断实现技术创新升级的红外沼气分析仪将逐渐取代奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱等气体成分检测技术，成为我国大中小型沼气工程沼气成分监测与工艺过程调控必不可少的气体成分监测设备。（来源：沼气圈）