功率补偿式DSC基线优化对仪器稳定性的影响_金小培
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在上述实验条件下 , 考察斜率值对仪器稳定性的影响 , 结果如图 5 所示 。
图 5 斜率值与仪器稳定性之间的关系 (a)30 ;(b)59 ;(c)90
从图 5 中可以看出 , 当斜率在 30 、59、90 之间变化时 , DSC 基线的信号均在 10μW 范围内波动 。 由此可见 , 斜率的变化对仪器的稳定性几乎没有影响 ; (下转第 32 页)
在实际测定过程中 , 信号波动会大大影响测定结果的准确度 , 而基线的非水平性 可以依靠软件的扣基线功能得到补偿 。 因此 , 应当在首先保证仪器稳定性的基础上 , 尽可能地实现基线的最佳化 。 在进行仪器稳定性比较时还发现 , 当曲率值为 0 时 , 稳
《纺织科学研究》
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定性略优于曲率值为 -5 时的情况 , 但是其对应基线的下凹程度过大 , 参见图 2 中的 c 曲线 。 因此 , 可将曲率值为 -5 作为基线最佳化的设定值 。 3 .2 斜率值对基线形状和仪器稳定性的影响
(2):149～ 151 .
(上接第 15 页) 曲率值的变化才是影响仪器稳定的主要因素 。
综上所述 , 在优化 DSC 基线的过程中 , 应按照“仪器稳定性优先 、兼顾基线形状” 的原则进行调节 。
4 结 论
曲率值和斜率值是影响 DSC 基线的形状主要因素 , 而曲率值同时又明显地影响 着仪器的稳定性 , 斜率值则对仪器的稳定性几乎没有影响 。 为了保证样品测试结果的 准确性 , DSC 基线的优化应遵循“仪器稳定性优先 、兼顾基线形状”的原则 , 利用软件的 扣除基线功能 , 消除基线非直线形状的影响 。
3 结果与讨论
3 .1 曲率值对基线形状以及仪器稳定性的影响 在固定斜率下 , 考察曲率数值大小对基线形状的影响规律 。 图 2 所示的三条基线
是在固定斜率为 59 , 曲率值分别为 -7 、-5、0 时所得到的 。 图 2 中 , 基线形状随曲率值变化的规律表明 , 曲率的代数值越大 , 基线越凹 ;曲率
Chichester :John Wiley &Sons, 1999.159. [ 3 ] 刘振 海 , 山立子 , 陈学思 , 等 .聚合物量热测定[ M] .北京 :化学工业出版社 , 2002.16～ 23.
对苎麻纤维残胶率的要求(残胶率 ≤2.0 %), 但是可以通过再进一步育种处理 , 提高菌 株的脱胶能力 , 以及进一步优化脱胶工艺 , 使脱胶麻纤维含胶率降低 , 从而为“更好地 应用现代生物科技制备高品质麻纤维材料 , 实现绿色加工”创造良好的条件 。
[ 参考文献]
[ 1] 杜兆芳 , 曹建飞 , 张强 .苎麻复配生物酶脱胶工艺的 研究[ J] .苏州大学学报(工科版), 2008, 28(2):27～ 29 . [ 2] 肖丽 , 王贵学 , 陈国娟 .苎麻酶法脱胶的研究进展[ J] .微生物学通报 , 2004, 31(5):101～ 105 . [ 3] 曾莹 , 钟晓凌 , 夏服宝 .木聚糖酶活力测定条件研究[ J] .生物技术 , 2003, 13(5):21～ 22. [ 4] 韩铭海 , 黄俊 , 余晓斌 .高产中性纤维素酶菌 株的诱 变选育 和筛选方 法[ J] .无锡轻 工大学 学报 , 2004, 23(6):9
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2009 年第 3 期
(1)以制霉菌素抗性和 2-脱氧葡萄糖抗性为标记 , 从经过诱变育种处理的突变株 中定向筛选 , 得到一株高活性苎麻脱胶菌黑曲霉 D5 。
(2)用黑曲霉 D5 菌株进行苎麻脱胶处理后 , 脱胶麻的残胶率平均为 14.13%, 比出
发株下降了 4.72 %。 虽然经黑曲霉 D5 菌株脱胶处理后脱胶麻的残胶率偏高 , 达不到纺织工业生产上
12 设备与仪器
2009 年第 3 期
功率补偿式 DSC 基线优化对仪器稳定性的影响
金小培 , 国凤敏 , 任婉婷
(中国纺织科学研究院研究开发中心 , 北京 100025)
[ 摘要] 通过调整仪器的硬件参数曲率值和斜率值 , 归纳出它们对 DSC 基线形状的 影响规律 ;继而分析曲率值和斜率值对仪器稳定性的影响 。 实验结果表明 , 为了保证样品 信号的准确性 , DSC 基线的优化应遵循“仪器稳源自文库性优先 、兼顾基线形状”的原则 , 利用软 件扣除基线功能 , 消除基线非直线形状的影响 。
[ 关键词] 差示扫描量热分析(DSC);基线最佳化 ;DSC 信号稳定性 [ 中图分类号] TQ340.7 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1003-1308(2009)03-0012-05
1 引 言
差示扫描量热分析(DSC)是人们研究聚合物结构 —性能关系的重要手段之一[ 1] , DSC 曲线可提供许多重要信息 , 诸如材料的玻璃化转变温度(Tg)、冷结晶温度(Tc)、熔 点(Tm)、熔融及结晶焓((H)等[ 2] 。
图 3 曲率值对仪器稳定性的影响 (a) -7 ;(b)-5 ;(c)0
图 2 的实验结果表明 , 当曲率值分别为 -7 和 -5 时 , 基线分别呈上凸和下凹状 , 而且凹凸程度相当 ;但是 , 图 3 的结果却显示 , 当曲率值分别为 -7 和 -5 时 , 仪器的稳 定性存在明显差异 。 因此 , 基线最佳化和仪器稳定性是既相互关联 、又存在矛盾的 。
～ 12 . [ 5] 林捷 , 郑华 , 石木标 , 等 .细菌木聚糖酶高产菌的选育及发酵工艺研究[ J] .微生物学杂志 , 2004 , 24(1):5～ 7. [ 6] 李市场 , 白爱枝 , 姚建铭 , 等 .离子 束诱 变木 聚糖 酶产 生菌 筛选 方法 的比 较研 究[ J] .激光 生物 学报 , 2003 , 12
的代数值越小 , 基线越凸 。 因此 , 如果实践过程中得到呈下凹状的基线 , 可以适当地减 小曲率的代数值 ;如果基线呈上凸状 , 则可适当地增大曲率的代数值 , 使基线趋于水 平。
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2009 年第 3 期
图 2 曲率值对基线形状的影响 (a) -7 ;(b)-5 ;(c)0
在上述实验条件下 , 考察曲率值对仪器稳定性的影响 , 如图 3 所示 。 当曲率值为 -7 时 , 信号波动很大 , 远远超过 10μW 的指标 ;当曲率值设置为 -5 及 0 时 , 信号波动 均在 10μW 之内 ;当设置值为 0 时 , 仪器稳定性最佳 。 由此可见 , 曲率值对于仪器稳定 性有明显影响 。
基线斜率值的大小也会影响基线的形状 。 将固定曲率 、不同斜率值时的基线形 状 , 分别显示于图 4 中 , 扫描结果是在曲率值为 -7 , 斜率值分别为 90、59 、30 下得到的 。
图 4 斜率值对基线形状的影响 (a)90 ;(b)59 ;(c)30
基线形状随斜率值的变化规律表明 , 随着斜率的设置值从小到大 , 基线相应地从 向下倾斜到向上倾斜 。 因此 , 当已知基线向下倾斜时 , 应适当增大斜率设置值 ;当基线 向上倾斜时 , 应适当减小斜率设置值 。
[ 收稿日期] 2009-07-10 ;[ 修订日期] 2009-08-10
《纺织科学研究》
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器稳定性的标准 。
图 1 四种不同形状的 DSC 基线示意图
本文将以 PE 公司的 Pyris 1 功率补偿式 DSC 仪器为例 , 阐明 DSC 基线形状调整对 仪器稳定性的影响规律 ;通过协调基线最佳形状与仪器稳定性之间的关系 , 实现 DSC 基线的最优化 。
目前已商品化的 DSC 仪器主要有两大类[ 3] :一类是以 Perkin -Elmer 公司为代表 的功率补偿式 DSC ;另一类是其它仪器公司生产的热流式 DSC 。 在功率补偿式 DSC 中 , 样品池和参比池都有各自独立的热源和温度传感元件 , 其输出信号是为保持样品 和参比具有相等温度而出现的功率差 dq dt 。 扫描样品池和参比池所得的 DSC 曲线称 为基线 , 此时 , dq dt =(dq dt)基线 ;而当测试样品时 , dq dt =(dq dt)样品 +(dq dt)基线 。 实验中 , 需要首先测定得到(dq dt)基线 , 然后将它从 dq dt 中扣除 , 得到(dq dt)样品 。 显 然 , (dq dt)基线越小越好 , 而当(dq dt)基线 =0 时 , 则是理想状态 。 调节仪器参数(曲率和 斜率)、使 (dq dt)基线减小的操作 , 称为“ 基线最佳化” 。 理想的基线是一条水平直线 , 但 是 , 在功率补偿式 DSC 仪器中 , 样品池和参比池是两个独立的炉子 , 尽管人们尽量地 进行匹配 , 但仍难于完全一致 , 它们的热容不完全相等 , 热容对温度的依赖关系也不完 全一致 , 所以可观察到多种形状的 DSC 基线 。 图 1 列举了最常见的四种形状 , 包括上 凸形 、下凹形 、正 S 形和反 S 形 。 通过调整曲率和斜率 , 基线形状可以接近理想状态 , 即所谓的“基线最佳化” 。 另外 , DSC 输出信号的波动幅度直接反应了仪器稳定的程 度 , 稳定性是保证 DSC 测试结果准确性的另一个重要因素 。 通常在不加样品和参比 的条件下 , 观测 100℃下恒温 10min 的输出信号 , 以波动范围不超过 10(W 作为评价仪
2 实验部分
2 .1 仪 器 Pyris 1 功率补偿式 DSC , 美国 Perkin-Elmer 公司制造 。
2 .2 实验条件 空样品池和空参比池 。 曲率调节范围 :-7～ 7 ; 斜率调节 :0～ 99; 基线扫描温度范围 :50 ～ 300 ℃; 基线扫描速度 :40 ℃min ; 仪器稳定性测试 :炉子升温至 100 ℃, 恒温 10min 。
[ 参考文献]
[ 1 ] Turi.E A .Thermal Characterization of Polymeric Materials , 2nd Ed[ M] .New York:Academic Press, 1997 .7～ 14. [ 2 ] Hatakeyama T , Quinn F X .Thermal Analysis Fundamentals and Application to Polymer Science , 2nd Ed[ M ] .
图 5 斜率值与仪器稳定性之间的关系 (a)30 ;(b)59 ;(c)90
从图 5 中可以看出 , 当斜率在 30 、59、90 之间变化时 , DSC 基线的信号均在 10μW 范围内波动 。 由此可见 , 斜率的变化对仪器的稳定性几乎没有影响 ; (下转第 32 页)
在实际测定过程中 , 信号波动会大大影响测定结果的准确度 , 而基线的非水平性 可以依靠软件的扣基线功能得到补偿 。 因此 , 应当在首先保证仪器稳定性的基础上 , 尽可能地实现基线的最佳化 。 在进行仪器稳定性比较时还发现 , 当曲率值为 0 时 , 稳
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定性略优于曲率值为 -5 时的情况 , 但是其对应基线的下凹程度过大 , 参见图 2 中的 c 曲线 。 因此 , 可将曲率值为 -5 作为基线最佳化的设定值 。 3 .2 斜率值对基线形状和仪器稳定性的影响
(2):149～ 151 .
(上接第 15 页) 曲率值的变化才是影响仪器稳定的主要因素 。
综上所述 , 在优化 DSC 基线的过程中 , 应按照“仪器稳定性优先 、兼顾基线形状” 的原则进行调节 。
4 结 论
曲率值和斜率值是影响 DSC 基线的形状主要因素 , 而曲率值同时又明显地影响 着仪器的稳定性 , 斜率值则对仪器的稳定性几乎没有影响 。 为了保证样品测试结果的 准确性 , DSC 基线的优化应遵循“仪器稳定性优先 、兼顾基线形状”的原则 , 利用软件的 扣除基线功能 , 消除基线非直线形状的影响 。
3 结果与讨论
3 .1 曲率值对基线形状以及仪器稳定性的影响 在固定斜率下 , 考察曲率数值大小对基线形状的影响规律 。 图 2 所示的三条基线
是在固定斜率为 59 , 曲率值分别为 -7 、-5、0 时所得到的 。 图 2 中 , 基线形状随曲率值变化的规律表明 , 曲率的代数值越大 , 基线越凹 ;曲率
Chichester :John Wiley &Sons, 1999.159. [ 3 ] 刘振 海 , 山立子 , 陈学思 , 等 .聚合物量热测定[ M] .北京 :化学工业出版社 , 2002.16～ 23.
对苎麻纤维残胶率的要求(残胶率 ≤2.0 %), 但是可以通过再进一步育种处理 , 提高菌 株的脱胶能力 , 以及进一步优化脱胶工艺 , 使脱胶麻纤维含胶率降低 , 从而为“更好地 应用现代生物科技制备高品质麻纤维材料 , 实现绿色加工”创造良好的条件 。
[ 参考文献]
[ 1] 杜兆芳 , 曹建飞 , 张强 .苎麻复配生物酶脱胶工艺的 研究[ J] .苏州大学学报(工科版), 2008, 28(2):27～ 29 . [ 2] 肖丽 , 王贵学 , 陈国娟 .苎麻酶法脱胶的研究进展[ J] .微生物学通报 , 2004, 31(5):101～ 105 . [ 3] 曾莹 , 钟晓凌 , 夏服宝 .木聚糖酶活力测定条件研究[ J] .生物技术 , 2003, 13(5):21～ 22. [ 4] 韩铭海 , 黄俊 , 余晓斌 .高产中性纤维素酶菌 株的诱 变选育 和筛选方 法[ J] .无锡轻 工大学 学报 , 2004, 23(6):9
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2009 年第 3 期
(1)以制霉菌素抗性和 2-脱氧葡萄糖抗性为标记 , 从经过诱变育种处理的突变株 中定向筛选 , 得到一株高活性苎麻脱胶菌黑曲霉 D5 。
(2)用黑曲霉 D5 菌株进行苎麻脱胶处理后 , 脱胶麻的残胶率平均为 14.13%, 比出
发株下降了 4.72 %。 虽然经黑曲霉 D5 菌株脱胶处理后脱胶麻的残胶率偏高 , 达不到纺织工业生产上
12 设备与仪器
2009 年第 3 期
功率补偿式 DSC 基线优化对仪器稳定性的影响
金小培 , 国凤敏 , 任婉婷
(中国纺织科学研究院研究开发中心 , 北京 100025)
[ 摘要] 通过调整仪器的硬件参数曲率值和斜率值 , 归纳出它们对 DSC 基线形状的 影响规律 ;继而分析曲率值和斜率值对仪器稳定性的影响 。 实验结果表明 , 为了保证样品 信号的准确性 , DSC 基线的优化应遵循“仪器稳源自文库性优先 、兼顾基线形状”的原则 , 利用软 件扣除基线功能 , 消除基线非直线形状的影响 。
[ 关键词] 差示扫描量热分析(DSC);基线最佳化 ;DSC 信号稳定性 [ 中图分类号] TQ340.7 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1003-1308(2009)03-0012-05
1 引 言
差示扫描量热分析(DSC)是人们研究聚合物结构 —性能关系的重要手段之一[ 1] , DSC 曲线可提供许多重要信息 , 诸如材料的玻璃化转变温度(Tg)、冷结晶温度(Tc)、熔 点(Tm)、熔融及结晶焓((H)等[ 2] 。
图 3 曲率值对仪器稳定性的影响 (a) -7 ;(b)-5 ;(c)0
图 2 的实验结果表明 , 当曲率值分别为 -7 和 -5 时 , 基线分别呈上凸和下凹状 , 而且凹凸程度相当 ;但是 , 图 3 的结果却显示 , 当曲率值分别为 -7 和 -5 时 , 仪器的稳 定性存在明显差异 。 因此 , 基线最佳化和仪器稳定性是既相互关联 、又存在矛盾的 。
～ 12 . [ 5] 林捷 , 郑华 , 石木标 , 等 .细菌木聚糖酶高产菌的选育及发酵工艺研究[ J] .微生物学杂志 , 2004 , 24(1):5～ 7. [ 6] 李市场 , 白爱枝 , 姚建铭 , 等 .离子 束诱 变木 聚糖 酶产 生菌 筛选 方法 的比 较研 究[ J] .激光 生物 学报 , 2003 , 12
的代数值越小 , 基线越凸 。 因此 , 如果实践过程中得到呈下凹状的基线 , 可以适当地减 小曲率的代数值 ;如果基线呈上凸状 , 则可适当地增大曲率的代数值 , 使基线趋于水 平。
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2009 年第 3 期
图 2 曲率值对基线形状的影响 (a) -7 ;(b)-5 ;(c)0
在上述实验条件下 , 考察曲率值对仪器稳定性的影响 , 如图 3 所示 。 当曲率值为 -7 时 , 信号波动很大 , 远远超过 10μW 的指标 ;当曲率值设置为 -5 及 0 时 , 信号波动 均在 10μW 之内 ;当设置值为 0 时 , 仪器稳定性最佳 。 由此可见 , 曲率值对于仪器稳定 性有明显影响 。
基线斜率值的大小也会影响基线的形状 。 将固定曲率 、不同斜率值时的基线形 状 , 分别显示于图 4 中 , 扫描结果是在曲率值为 -7 , 斜率值分别为 90、59 、30 下得到的 。
图 4 斜率值对基线形状的影响 (a)90 ;(b)59 ;(c)30
基线形状随斜率值的变化规律表明 , 随着斜率的设置值从小到大 , 基线相应地从 向下倾斜到向上倾斜 。 因此 , 当已知基线向下倾斜时 , 应适当增大斜率设置值 ;当基线 向上倾斜时 , 应适当减小斜率设置值 。
[ 收稿日期] 2009-07-10 ;[ 修订日期] 2009-08-10
《纺织科学研究》
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器稳定性的标准 。
图 1 四种不同形状的 DSC 基线示意图
本文将以 PE 公司的 Pyris 1 功率补偿式 DSC 仪器为例 , 阐明 DSC 基线形状调整对 仪器稳定性的影响规律 ;通过协调基线最佳形状与仪器稳定性之间的关系 , 实现 DSC 基线的最优化 。
目前已商品化的 DSC 仪器主要有两大类[ 3] :一类是以 Perkin -Elmer 公司为代表 的功率补偿式 DSC ;另一类是其它仪器公司生产的热流式 DSC 。 在功率补偿式 DSC 中 , 样品池和参比池都有各自独立的热源和温度传感元件 , 其输出信号是为保持样品 和参比具有相等温度而出现的功率差 dq dt 。 扫描样品池和参比池所得的 DSC 曲线称 为基线 , 此时 , dq dt =(dq dt)基线 ;而当测试样品时 , dq dt =(dq dt)样品 +(dq dt)基线 。 实验中 , 需要首先测定得到(dq dt)基线 , 然后将它从 dq dt 中扣除 , 得到(dq dt)样品 。 显 然 , (dq dt)基线越小越好 , 而当(dq dt)基线 =0 时 , 则是理想状态 。 调节仪器参数(曲率和 斜率)、使 (dq dt)基线减小的操作 , 称为“ 基线最佳化” 。 理想的基线是一条水平直线 , 但 是 , 在功率补偿式 DSC 仪器中 , 样品池和参比池是两个独立的炉子 , 尽管人们尽量地 进行匹配 , 但仍难于完全一致 , 它们的热容不完全相等 , 热容对温度的依赖关系也不完 全一致 , 所以可观察到多种形状的 DSC 基线 。 图 1 列举了最常见的四种形状 , 包括上 凸形 、下凹形 、正 S 形和反 S 形 。 通过调整曲率和斜率 , 基线形状可以接近理想状态 , 即所谓的“基线最佳化” 。 另外 , DSC 输出信号的波动幅度直接反应了仪器稳定的程 度 , 稳定性是保证 DSC 测试结果准确性的另一个重要因素 。 通常在不加样品和参比 的条件下 , 观测 100℃下恒温 10min 的输出信号 , 以波动范围不超过 10(W 作为评价仪
2 实验部分
2 .1 仪 器 Pyris 1 功率补偿式 DSC , 美国 Perkin-Elmer 公司制造 。
2 .2 实验条件 空样品池和空参比池 。 曲率调节范围 :-7～ 7 ; 斜率调节 :0～ 99; 基线扫描温度范围 :50 ～ 300 ℃; 基线扫描速度 :40 ℃min ; 仪器稳定性测试 :炉子升温至 100 ℃, 恒温 10min 。
[ 参考文献]
[ 1 ] Turi.E A .Thermal Characterization of Polymeric Materials , 2nd Ed[ M] .New York:Academic Press, 1997 .7～ 14. [ 2 ] Hatakeyama T , Quinn F X .Thermal Analysis Fundamentals and Application to Polymer Science , 2nd Ed[ M ] .