快速篩選量熱儀是一種用于高效、高通量測(cè)定物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的精密分析儀器,廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、材料科學(xué)、化工過程安全評(píng)估及新能源材料篩選等領(lǐng)域。其核心功能是在短時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)樣品的熱效應(yīng)(如反應(yīng)熱、溶解熱、相變熱、比熱容等)進(jìn)行同步或快速依次測(cè)量,從而加速新材料或新配方的研發(fā)進(jìn)程。
該儀器通常基于等溫或非等溫微量量熱技術(shù),結(jié)合自動(dòng)化進(jìn)樣系統(tǒng)、高靈敏度熱電堆傳感器和智能溫控模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)微克至毫克級(jí)樣品的精準(zhǔn)熱流檢測(cè)。與傳統(tǒng)量熱儀相比,快速篩選量熱儀顯著提升了測(cè)試效率:一方面通過多通道設(shè)計(jì)(如8位、16位甚至96位樣品盤)實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試;另一方面優(yōu)化熱響應(yīng)時(shí)間與數(shù)據(jù)采集頻率,單次實(shí)驗(yàn)周期可縮短至幾分鐘至幾十分鐘。同時(shí),儀器配備專業(yè)軟件,支持自動(dòng)數(shù)據(jù)分析、熱力學(xué)參數(shù)擬合及異常放熱事件預(yù)警,尤其適用于評(píng)估化學(xué)反應(yīng)的熱穩(wěn)定性、藥物多晶型篩選、催化劑活性比較以及電池材料的熱安全性等關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景。
一、樣品池
功能:用于放置待測(cè)試的樣品,確保樣品在測(cè)試過程中與外界環(huán)境良好隔離。
特點(diǎn):
具有一定的容量和特定的材質(zhì),以適應(yīng)不同類型樣品的測(cè)試需求。
材質(zhì)多為不銹鋼、Hastelloy等耐腐蝕材料,確保在高溫高壓條件下的穩(wěn)定性。
體積較?。ǔR?0-100mL),適配不同樣品量需求。
二、加熱系統(tǒng)
功能:按照設(shè)定的速率對(duì)樣品進(jìn)行加熱,使樣品達(dá)到預(yù)定的溫度條件,以引發(fā)樣品發(fā)生物理或化學(xué)變化,從而釋放出熱量。
組成:一般由加熱棒或加熱塊等組成。
特點(diǎn):
加熱方式多為電阻加熱,確保加熱速率和溫度的精確控制。
部分儀器還配備制冷系統(tǒng)(如半導(dǎo)體或壓縮機(jī)制冷),實(shí)現(xiàn)溫度范圍的擴(kuò)展(如-40℃至300℃)。
三、溫度傳感器
功能:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品池內(nèi)樣品的溫度變化,為后續(xù)的分析和計(jì)算提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
類型:常用熱電偶(如K型、J型)或鉑電阻(PT100)。
特點(diǎn):
精度需達(dá)到±0.1℃以內(nèi),確保溫差測(cè)量的準(zhǔn)確性。
部分儀器還配備外部傳感器,用于監(jiān)測(cè)環(huán)境或參照溫度。
四、壓力傳感器(可選)
功能:監(jiān)測(cè)樣品在反應(yīng)過程中的壓力變化,對(duì)于一些可能產(chǎn)生氣體或體積變化的反應(yīng),壓力傳感器可以提供重要的信息,幫助判斷反應(yīng)的劇烈程度和安全性。
特點(diǎn):
壓力范圍廣泛,可達(dá)0-20MPa或更高。
壓力分辨力高,如1kPa,確保壓力變化的精確監(jiān)測(cè)。
五、爐體
功能:為樣品提供一個(gè)相對(duì)封閉的測(cè)試環(huán)境,減少外界因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾。
特點(diǎn):
具有良好的保溫性能,確保測(cè)試過程中溫度的穩(wěn)定性和均勻性。
部分儀器采用雙通道設(shè)計(jì),提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。
六、溫控系統(tǒng)
功能:負(fù)責(zé)控制加熱系統(tǒng)的加熱速率和溫度,根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的參數(shù),精確地調(diào)節(jié)加熱功率,使樣品按照預(yù)定的條件進(jìn)行升溫或恒溫測(cè)試。
特點(diǎn):
支持多種溫控模式,如恒溫模式、掃描模式、雙梯度掃描模式等。
配備高精度控溫算法,確保溫度控制的精確性和穩(wěn)定性。
七、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)
功能:包括數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)軟件等。數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集溫度傳感器、壓力傳感器等傳來的信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)軟件則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,生成溫度-時(shí)間曲線、壓力-時(shí)間曲線等,并計(jì)算出樣品的熱力學(xué)參數(shù),如反應(yīng)起始溫度、放熱溫升、比放熱量等。
特點(diǎn):
數(shù)據(jù)采集頻率高,如超過500點(diǎn)/秒,以提高快速溫度或壓力事件的分辨率。
數(shù)據(jù)分析軟件功能強(qiáng)大,可自動(dòng)生成測(cè)試總結(jié)文件,提供測(cè)試設(shè)置參數(shù)、操作人員操作和最終條件的電子記錄。
八、安全裝置
功能:確保操作者和設(shè)備的安全,防止意外事故的發(fā)生。
類型:包括超溫報(bào)警裝置、超壓報(bào)警裝置、爐蓋自動(dòng)鎖止裝置等。
特點(diǎn):
超溫報(bào)警裝置可在溫度超過設(shè)定值時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào),防止樣品或設(shè)備受損。
超壓報(bào)警裝置可在壓力超過安全范圍時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào),確保操作人員的安全。
爐蓋自動(dòng)鎖止裝置可在爐內(nèi)壓力、溫度達(dá)到安全區(qū)間方能開啟,防止意外開啟導(dǎo)致的危險(xiǎn)。
