调制分析仪

2008年12月23日，梅特勒托利多(中国)在南京大学成功举办了&ldquo 热分析技术交流会&rdquo ，来自南京高校、研究所和各公司的近90位专家和来宾参加了交流会。除了一般热分析技术外，与会者就温度调制DSC技术及其应用进行了深入的交流讨论。 南京大学化学化工学院高分子系胡文兵教授作了主题报告《温度调制DSC的非Fourier数据处理方法》。报告首先讨论了标准DSC的稳态热流条件，热流速率对温度变化速率线性响应的问题。接着讨论了正弦温度调制DSC，由于对调制热流所进行的Fourier数学处理是关于离散Fourier转换的第一谐波的分析，所以会将高频信号的贡献过滤掉。然后，介绍了他在美国作访问学者期间的工作：锯齿形温度调制DSC的非Fourier数据处理方法。对于在满足线性和稳态条件下的加热段和冷却段的不可逆热流引入了一个描述它们热容不平衡的新物理量Cp,imbalance： 以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为例，锯齿形温度调制DSC的非Fourier数据处理方法的实验结果表明，熔融曲线部分不存在任何再结晶的信号！从而纠正了正弦调制DSC对熔融温区可逆热容的过度扣除而产生的不正确测试结果。(参看下图) 最后，胡文兵教授总结了锯齿形温度调制DSC的非Fourier数据处理方法的优点：不需要硬件驱动正弦波温度调制；标准DSC数据处理简单明白；反映快速热转变更加直观；避免了Fourier处理的信号过滤和变形；有效避免相滞后(phase lag)；等等。 梅特勒托利多(中国)热分析仪器部经理陆立明先生也在此次会议上作了《随机温度调制DSC技术TOPEM的应用》的报告，从热力学分析的角度，介绍和讨论了TOPEM实验的线性行为测试和稳态测试(一致性检查)，用TOPEM测试研究聚苯乙烯的玻璃化转变的频率依赖性、环氧树脂等温固化的瞬时玻璃化转变(Vitrification)、硝酸钠的固-固转变、PET的可逆熔融和不可逆熔融等。 对于PET的熔融，随机温度调制DSC技术TOPEM和锯齿形温度调制DSC的非Fourier数据处理方法得到的结果完全一致。 胡文兵教授及陆立明经理的报告引起了与会者的很大兴趣。专家表示对温度调制DSC的深入讨论将有助于同行们和其他热分析应用者充分了解和准确把握这方面的技术，正确应用热分析。 需进一步了解胡文兵教授介绍的《温度调制DSC的非Fourier数据处理方法》，请查阅 W. Hu and B. Wunderlich, J. Thermal Anal. & Calorimetry, 66 (2001) 677。

离子淌度调制提升空间脂质组分析的结构解析能力空间脂质组分析可揭示脂质在生物组织或器官中的含量及空间分布，是基础生物学和疾病研究的重要技术。空间脂质组分析的底层技术一般为质谱成像，其具有免标记、高空间分辨率和高灵敏度等优势，可同时表征大量脂质分子在生物组织中的空间分布。然而，脂质和代谢物的质谱成像主要依赖于质量测定，对分子结构的表征能力不足，常由于脂质和代谢物异构体的存在而导致分析偏差乃至错误。在质谱成像过程中，单个像素点的样品量和分析时间极为有限，对逐个离子串联分析会导致分析时间长和灵敏度降低等问题，因此如何在质谱成像的同时实现分子的结构解析一直是分析科学的挑战。此外，在成像过程中丰度、离子化效率各异的待分析离子同时进入质谱，存在显著离子抑制等问题，给中低丰度离子的检测和结构鉴定造成困难。近日，清华大学精密仪器系的欧阳证、马潇潇教授团队开发了一种多目标脂质结构质谱成像技术，通过离子淌度技术对待分析离子的快速时空聚焦和分离，在不增加质谱成像时间的情况下，显著提升了空间脂质组分析的结构解析能力。该技术采用数据非依赖采集方法，利用离子淌度分离对单像素点的母离子强度进行“调制”，将淌度分离后的母离子不经质量隔离而完全碎裂 （Mobility modulated sequential dissociation, MMSD）。根据母离子及相应子离子组成随淌度时间不断变化的特点，发展了智能谱图解卷积算法，实现40多种脂质的结构解析和20种脂质在组织上的空间可视化，包括磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等。具备结构解析功能的质谱成像可实现传统空间脂质组分析难以实现的脂质异构体结构鉴定和空间可视化。在鼠脑组织中，该技术揭示了多种脂质异构体的差异性乃至互补性空间分布，如 PE O-18:2_20:4、PE O-16:0_22:6 和 PE 16:1_22:4、PE 16:0_22:5等。在对人肝癌的组织切片分析中，该方法揭示了磷脂酰乙醇胺 PE 36:2的一组异构体（PE 18:1_18:1、PE 18:0_18:2）在癌组织和癌旁组织中的特异性分布，并且PE 18:1_18:1集中分布于癌组织，可用于精准划分肿瘤组织边界，表明该技术可在更深层结构维度上揭示脂质癌症生物标志物。这项工作所提出的多目标脂质结构解析及空间成像方法，从原理上同样适用于多肽、代谢物等生物分子的空间可视化及结构解析。结构解析赋能的脂质质谱成像，是空间脂质组学技术发展的题中之义，也是精准脂质组分析和功能脂质组研究必不可少的技术基础。该技术的提出，为空间结构脂质组分析提出了一种解决方案，也有望促进质谱成像实现从质量测定到结构鉴定的研究范式转换。 论文作者：论文第一作者是清华大学博士研究生钱耀，通讯作者是清华大学精密仪器系欧阳证、马潇潇教授。清华大学郭翔宇博士和清华大学长庚医院王韫芳研究员对技术建立和生物医学应用做出了重要贡献。清华大学精仪系、清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室为第一作者单位。本项目得到国家自然科学基金委重点、面上项目及重点研发计划（前沿生物技术）青年科学家项目（2022YFC3401900）资助。 论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312275

红外煤气成分分析仪主要应用于工业上对煤气成分进行分析，通过对测量的气体参数变化情况的分析，掌握这些成分的变化规律，从而对于实现生产全程动态控制，无论是理论计算还是现场操作，都具有十分重要的指导意义。该仪器适合氮肥厂、钢铁公司、煤气厂等行业的分析煤气、半水煤气、变换气、原料气中CO2，CnHm，O2，CO，CH4，H2及NOx等成分的分析。目前市场上主要有实验室分析仪和过程分析仪两大类分析仪器，现就适合于煤气成分分析的仪器简单介绍一下。一、常用实验室分析仪器 1.奥氏气体分析仪 作为一种经典的化学式手动分析器，奥氏气体分析仪具有价格便宜、操作方便、维修容易等优点，该仪器一直在广泛应用着，常用于煤气中CO2、O2、CO、H2等的含量测定。其原理是利用吸收法来测定酸性气体、不饱和烃、氧和一氧化碳，使氢在氧化铜上燃烧，使饱和烃铂丝上与空气中的氧燃烧，利用称重法来测定。该仪器虽然是操作简单，价格较便宜，但测定时精度不是很高，准确度取决于操作者的熟练程度，且测量数据不象LCD那么直观、清晰。 奥氏气体分析仪在应用上存在的不足主要有： 1）梳形管容积对分析结果有影响； 2）不能分析出Ar，不适宜用奥氏仪分析循环气，应逐步采用气相色谱仪； 3）奥氏仪进行动火分析测定时间长，有时存在一定误差，还必须注意化学反应的完全程度，否则读数不准误导生产。 2.微量硫分析仪 随着常温精脱硫新工艺的应用，象氮肥厂就很有必要配备微量硫分析仪，以确保联醇催化剂、氨合成催化剂的安全，为生产样气中各种微量形态硫的定性和定量检测提供了方便快捷的检测手段。 3.可燃气体测爆仪 用奥氏仪进行动火分析测定时间长，有时存在一定误差，因此建议选用可燃气体测爆仪。 4.工业气相色谱仪 工业气相色谱在煤气分析中应用最多，气体组分按H2、N2、CO和CO2的顺序依次被测定。此外该技术还可用于转炉炉气和烧结废气中此类组分的分析。近年来色谱分析仪得到推广，但是色谱分析仪需要对气体进行分离后再检测，很难实现实时在线。除了国内少数高炉仍采用该方法之外，工业气相色谱仪逐渐被质谱仪或红外分析系统代替。 5.工业气体质谱仪 质谱仪以物质离子的质荷比作为判据进行定性和定量分析。气体质谱仪通常采用电子轰击方式离子化，所有物质都有特征的解离方式。质谱仪的特点是分析速度极快、可同时分析的组分多，而且分析的精度很高。但质谱仪多成分和高速度的分析性能在高炉、烧结等工段应用的优势并不明显，也需要对气体进行分离后再检测，很难实现实时在线分析，仪器成本又很高。目前高精度的质谱仪主要还是依靠进口，其维修零备件也都要从国外进口，国内代理商响应大多缓慢，这对系统的投用率影响很大。还有，国内运行环境与国外有差异，仪器故障率也很高，维护相当频繁，维护费用也大。 6.其它 其它常用的还有电导仪、酸度计、分光光度计、含水测定仪等。二、常用过程分析仪器 1.微量气体分析仪 精炼气中微量(CO+ CO2)的测定是氮肥厂比较重要的分析项目，由于含量低(CO+CO2≤25×10-6)，有些场合气体含量甚至是ppb级的低含量，用手工方法难以测出其组分。 2.热导式分析仪 热导式分析仪是出现最早、种类较多且应用较广的一类在线分析仪，常用来自动测定混合气中H2、Ar、SO2等多种气体的体积分数。 3.氧分析仪 煤气中氧含量的在线分析常采用电化学式或者热磁式氧分析仪，其灵敏度高，还可设置报警装置，维修更换方便。 4.常量红外线气体分析仪 常量红外线煤气分析仪常用来连续测定各种混合气体中的CO、CO2、NH3、CH、H2、O2等含量，是在线分析仪中比较重要的一类。非分光红外（NDIR）气体分析仪作为一种快速、准确的气体分析技术，特别在连续污染物监测系统（CEMS）以及机动车尾气检测应用中十分普遍。国内NDIR气体分析仪的主要厂家大都采用国际上八十年代初的红外气体分析方法，如采用镍锘丝作为红外光源、采用电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb等作为传感器等。由于采用电机机械调制，仪器功耗大，且稳定性差，仪器造价也很高。同时采用薄膜电容微音器作为传感使得仪器对震动十分敏感，因此不适合便携测量。随着红外光源、传感器及电子技术的发展，NDIR红外气体传感器在国内外得到了迅速的发展。主要表现在无机械调制装置，采用新型红外传感器及电调制光源，在仪器电路上采用了低功耗嵌入式系统，使得仪器在体积、功耗、性能、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。 如现在市面上的煤气分析仪Gasboard-3100（在线型），采用国际领先的非分光红外气体分析技术，长寿命电化学传感技术，及基于MEMS的热导技术，可同时在线测量煤气、生物燃气的热值，以及CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等气体的体积浓度。煤气分析仪Gasboard-3100（在线型） 该仪器广泛应用于煤气工业过程气体中多组分气体体积浓度的测量，如氮肥厂、钢铁公司、煤气厂等煤气、半水煤气、变换气、原料气等。通过对测量气体参数变化情况的分析，以掌握这些成分的变化规律，从而实现对生产全程动态的监测。 “分析技术仪器化，分析仪器自动化”是主导发展方向。分析方法和技术是分析仪器的导向，定型的分析测试方法都需要转化为仪器装置。随着生产的不断发展，对分析的质量和性能要求也在不断提高，实验室分析仪已经不能适应连续自动化的生产监测和控制。分析仪器自动化除了要利用当前发展的电子技术和计算技术实现以外，还会要综合地利用正在热门化的嵌入式智能化平台技术、超微精密加工技术。过程分析仪正逐渐在我国中、小型企业普及，实时为企业生产提供动态控制和监测。来源：微信公众号@工业过程气体监测技术，转载请务必注明来源