量热和热分析,是在分析测试领域两个常见的概念,但二者的区别在哪里,是否有归属关系,如何界定一台仪器/一种方法是热分析还是量热,学术界及产业界似乎并没有一个“明确而统一的说法"。
根据相关领域的机构-国际热分析与量热协会(International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry: ICTAC)的定义,热分析的概念为: 热分析技术是在控制程序温度下,测量物质(或其反应生成物) 的物理性质与温度(或时间)的关系的一类技术总称。
而量热法(Calorimetry),ICTAC似乎没有给出非常明确的书面定义。
“实际上热分析与量热法经常作为两个独立的定义使用。到目前为止,还没有一个统一的关于热分析与量热法的定义。"--《热分析与量热技术 第1卷 原理与实践》,Micael E. Brown著,丁延伟译。
作为专注于量热仪和热分析研发、生产与服务的公司,中科热仪的团队中不乏在科研、学术及企业界耕耘多年的从业者,我们也尝试从我们的认知角度去探讨一下这个基本而重要的问题。
我们可以从理论、定义及构词方式,历史与现阶段的实践等几个维度去探讨热分析及量热的联系与区别。首先,我们需要明确一点,在很多语境中,“热分析"可以指代热分析方法,也可以是热分析仪的简称;同样地,“量热"可以指代量热法,也可以指代量热仪。在下面的讨论中,我们不严格区分两种指代,且大部分讨论内容对于两种情况均适用。一、从理论角度、定义及构词方式来说,二者的结构都可以认为是XX+方法或XX+仪器,即热分析法/热分析仪,量热法/量热仪,对应的英文是Thermal Analysis/Analyzer, Calorimetry/Calorimeter,虽然中文的“热分析"和“量热"两个词均有一个“热"字,但“热分析"中的热为thermal,从ICTAC的定义也可以明确,意为对样本的温度的控制,强调的是环境对体系的输入量,以“热"去激发样品的物理化学变化,但是体系的响应/输出可以是多种多样的,如重量变化、热量变化、尺寸变化等,也就是说,“热分析"中的“热"是手段。而“量热"中的“热"对应的英文是“Calori",意为热量,Calorimetry也就是测量热量的方法;因此“量热"中的“热"强调的是体系的输出量,也就是体系对环境激发的响应,其中的激发可以是温度、时间等在热分析中存在的变量,也可以是原位混合进料、压力变化、光照、电场、磁场等与温度变化无关的因素。不论以何种方式激发反应,待测的量--或者说输出的数据-都是“热",也就是说,“量热"中的“热"是目的。因此,热分析和量热的定义方式是不同的,一个关注激发/输入,一个聚焦响应/输出,二者并不矛盾,且可以有重叠之处,比如DSC-差示扫描量热,控制温度,测试热量,输入是“热",输出也是“热",通常被归于热分析范畴,同时也属于量热的范畴。

以中科热仪DMC系列为例的卡尔维式微量热仪,既可以用多种方式触发反应进行热量测量,也可以精确控制温度进行温度扫描实验,是“微量热仪",也可以进行通常意义上的“DSC"实验。需要指出的是,“温度控制"是“热分析"的必要而非充分条件,现在很多测试手段都有温度控制的功能,如原位红外、原位显微镜等,但很难把这些测试方法归于“热分析"。小结一下,热分析和量热两个概念的定义方式不同,并不存在冲突或相互包含的关系。二、从现阶段的实践来看,或者说从这两种方法的物理载体--热分析仪和量热仪来看,二者也是有区别和联系的。我们常说的“热分析厂商"或“量热厂商"中,比较有名的如法国塞塔拉姆,瑞士梅特勒,德国耐驰,美国的PE和TA,大都既有热分析产品线,也有量热产品线,二者在公司的业务架构中通常是相对独立的。但某些仪器设备,比如各个品牌的“常规"DSC和上文提到的以塞塔拉姆C80及中科热仪DMC系列为代表的卡尔微量热仪,都是既可以精确控制温度,也可以量热的仪器。但“常规"DSC一般约定俗成地被归于热分析仪范畴,而卡尔维式量热仪则通常以微量热仪的身份出现。而其他类型的量热仪,如氧弹量热仪、反应量热仪(RC)、等温滴定量热仪(ITC)等类型量热仪的归类则没有太多争议。综上所述,热分析和量热两个概念的内涵和外延有明显差异,二者范畴存在部分重叠,但区别是明确的,并不存在矛盾或互相包含的关系。