浅谈DSC8000型差示扫描量热仪的智能校正

（中国纺织科学研究院有限公司 生物源纤维制造技术国家重点实验室 北京 100025）

1 引言

差示扫描量热仪（DSC）是研究合成纤维的热性能的重要仪器[1]，根据设计原理不同主要分为两种类型：功率补偿型和热流型[2]。功率补偿型DSC是PerkinElmer 公司的独有技术，经过DSC 2、DSC 7、Pyris 1 DSC、Diamond DSC 等几代升级，其目前最新型号为DSC 8000/8500。DSC8000/8500 采 用 双炉体设计，直接测量能量，而非温度差，可以实现等温操作（ΔT0），轻质炉体可实现极快地升降温，且无过冲及温度滞后现象，可得到最佳的量热精度为0.03%，因此特别适用于科研工作者的研发工作。

相较于Pyris-1 DSC 仪器，DSC8000新增了智能校正（SmartScan）功能，本文对此功能的原理、操作及实际应用进行了探讨。

2 智能校正的原理

对Pyris-1 DSC 仪器而言，其在进行仪器校正时需要进行四项任务，具体为通过调整曲率、斜率实现基线最佳化[3]、样品温度校正、炉子校正以及热流校正，最终得到含有最佳基线参数、样品温度校正参数、炉子温度校正参数、热流校正参数的校正表。

对于DSC8000 而言，在正常校正完成后，最新DSC 软件新增了智能校正（SmartScan）功能，因此在进行仪器校正时，可选择最后一步进行SmartScan 项目。可见，智能校正是进一步优化基线的一种软件措施，它的本质与基线最佳化中对曲率和斜率的更改有本质的不同。在进行智能校正之前已完成基线最佳化，因此基线质量是比较好的。在此基础上进行智能校正的本质是进一步改进基线，并存储改进后的基线数据，在使用包含智能校正项目的校正表测试时，基线数据会自动扣除，因此称为智能校正。

传统扣基线和SmartScan 两种方法都是用于改进基线质量的，不同点在于扣基线方法以dq/dtt（热流时间）的形式保存基线数据，因此不能用于包含等温步骤的实验程序；而SmartScan 以dq/dtT（热流温度）的形式保存基线数据，所以可用于包含等温步骤的实验程序，但SmartScan 所依据的数据点要少得多。

3 智能校正的操作方法

理解智能校正的原理和功能之后，可以在实验工作中利用它改善基线。以下具体介绍智能校正的操作方法：

1）完成热流校正之后，点击“Next”，弹出SmartScan 校正对话框（如图1所示）。

2）在图1所示的对话框中选定“Enable SmartScan”（激活智能校正）项目。在图1所示的对话框的下部选择进行智能校正的条件，包括起始温度、终止温度、校正点数，智能校正所需时间。选择“Calibration Points”（校正点数，范围为10～20）的原则是：选用数值越大，效果越好，但所用时间越长，例如采用低扫描速率（如5℃/min）时，由于扫描持续时间长，可增加校正点数目；采用高扫描速率时，由于扫描持续时间短，可减少校正点数目，但不小于10。“Duration”是 完 成SmartScan 所需时间，它不是人工输入值，而是软件根据起始温度、终点温度、校正点数计算给出的。

3）核对设置参数无误，点击“Start”开始，弹出图2所示的提示对话框，确定样品炉与参比炉为空之后，点击OK，关闭该提示框，开始智能校正扫描。

智能校正期间的扫描曲线如图3所示。由图可见，“校正点数”（Calibration Points）是指SmartScan 期间的升温段的数目。而SmartScan 期间收集的数据来自恒温段，用恒温段的数据拟合后用于扣除基线。

4）SmartScan结束后，自动降温，弹出图4所示的提示对话框。告知SmartScan 已经完成。点击“OK”，关闭该对话框，点击校正向导对话框底部的“Next”，弹出图5所示的校正结束对话框，继续进行校正的下一步工作。

5）如果点击图5所示的对话框中的“View Files”，将弹出图6所示的已生成的校正文件表，表中给出了已生成的SmartScan 校正数据文件名和存储的路径、SmartScan 校正方法文件名和存储的路径、SmartScan 校正运行表文件名和存储的路径。此表可被复制。点击Close（关闭），返回图5。日常工作中通常不选用“View Files”。

6）点击图5中的“Finish”（完成），弹出图7所示的保存校正数据的对话框。点击“Yes”，输入文件名和保存路径，校正过程中所做的任何更改被保存，形成校正文件，完成智能校正工作。

图1 SmartScan 对话框

图2 点击 “Start”后弹出的提示信息

图3 SmartScan 期间的扫描曲线（横坐标为时间）

图4 SmartScan 结束后弹出的提示信息

4 智能校正的应用探讨

1）实验中应用智能校正时，第一步为编写或打开已经存储的实验方法。编写新实验方法时，调出的是隐含着缺省校正表的缺省实验方法。调出已存储的实验方法时，该方法隐含着存储实验方法时所用的校正表。换句话说，任何实验方法都包含一个校正表，尽管没有直接显示，但在编辑方法窗口中点击菜单栏中的Calibrate（校正）后可以看到校正表的名称。

图5 校正结束对话框

图6 生成的校正文件表

2）实验中使用存储的SmartScan数据进行基线扣除，如果制备校正表到使用校正表期间基线发生了改变（通常会发生），会造成所得基线不理想，因此需要重新校正，此时可跳过其他项目，只做SmartScan，然后保存和应用这一新校正表。这一操作将需35～50分钟（时长依赖进行SmartScan 时选用的校正点数）。

3）使用Pyris-1 DSC 时，可选择采用传统扣除基线的方法改进基线质量，即先在实验条件（扫描速率、温度区间）下进行扫描，得到作为扣除基线用的文件（假定为a）。实验时如果选用扣除基线，显示的输出信号是实际信号扣除文件a 存储的信号的结果，而SmartScan 得到的智能校正基线为扫描时的基线扣除根据采集的等温数据拟合出的基线。传统扣除基线与SmartScan 的基本原理是相同的，但是扣除基线法采集的数据点远远超过SmartScan 采集的数据点（根据图3所示的SmartScan 扫描曲线可知，在SmartScan 期间采集的是恒温期间的信号，当选择校正点数Calibration Points为最小值10 时，采集的等温数据是11个；当选择校正点数Calibration Points为最大值20 时，采集的等温数据是21个）。

4）传统扣除基线法是动态的（即非等温的），与实际实验的条件完全一致；而SmartScan 法是静态的，依靠等温阶段采集数据。二者相比，扣除基线法更接近实际实验。

5）扣除基线法通常所用时间少于SmartScan 法。假设实验起始温度为T0（例如），终点温度为Te（例如），扫描速率为，则完成一次基线扫描所用的时间为：

扫描速率越高，节约时间越多。SmartScan 法所用时间取决于选择的校正点数，约30～50min。

5.小结

1）在应用DSC 仪器测试时，改进基线质量可采用的手段有扣除基线和SmartScan 两种。扣除基线法存储的热流是时间的函数，SmartScan 存储的热流是温度的函数。从基线改进的原理来看，扣除基线法更接近实际实验，优于SmartScan 法。

2）SmartScan 以dq/dtT（热流温度）的形式保存基线数据，所以可用于包含等温步骤的实验程序，如果实验程序中包含等温步骤，宜采用SmartScan 法改进基线质量；如果实验程序中不包含等温步骤，则选用传统扣除基线方法。此外，实验中还需要根据样品测试目的和节约时间两个因素综合考虑。