前言:在 DSC(DTA)、DTG 等熱分析圖譜中,經(jīng)常會(huì)遇到峰相互疊加的情況,此時(shí)計(jì)算峰面積就比較困難。通常的熱分析軟件提供了計(jì)算“部分面積”的功能(圖 1),即以相鄰峰之間的鞍部為界,計(jì)算“邊界”之間的峰面積。
顯然,這種方法并不能準(zhǔn)確反映真實(shí)的計(jì)算結(jié)果,因此耐馳公司的高級熱分析軟件包中提供了專門的峰分離軟件:NETZSCH Peak Separation,以分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的疊加峰,給出其中每個(gè)峰的信息。需要指出的是,該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不局限于熱分析。它的適用范圍包括: Ÿ 熱分析(差熱、熱重) Ÿ 紫外/可見光譜(UV/VIS spectroscopy) Ÿ 紅外、近紅外光譜(NIR- and IR spectroscopy) Ÿ 核磁共振譜(NMR spectroscopy) Ÿ X射線小角散射譜(對于聚合物研究,采用PseudoVoigt 分析,其中的 Gauss 部分可計(jì)算其結(jié)晶度)
峰分析流程 1. 數(shù)據(jù)輸入 NETZSCH 峰分離軟件具有非常友好的數(shù)據(jù)接口,支持文本文件(ASCII)。可見它并不局限于分析耐馳儀器的測量結(jié)果,甚至不局限于熱分析測量結(jié)果:可以讀入任何來源、任何尺寸的文本數(shù)據(jù)文件。
2. 峰分離 Ÿ 設(shè)定峰位 Ÿ 定義每個(gè)峰的形狀方程 Ÿ 定義基線 Ÿ 設(shè)定擬合參數(shù)范圍 Ÿ 初步計(jì)算,以優(yōu)化參數(shù) Ÿ 通過非線性擬合得到參數(shù) Ÿ 擬合曲線輸出首先需要確定數(shù)據(jù)中峰的數(shù)目和位置。耐馳峰分離
軟件提供了手動(dòng)、自動(dòng)峰位搜索功能(圖 2),多支持 20 個(gè)峰。然后即可定義每個(gè)峰的形狀方程,例如 CAUCHY、GAUSS、 PSEUDO-VOIGT (Gauss 峰 和 Cauchy 峰 的加權(quán)組合)、PEARSON-7 (從 Gauss 峰到 Cauchy 峰單調(diào)下降變換)、FRASER-SUZUKI (非對稱 Gauss 峰)等。對于熱分析數(shù)據(jù)一般推薦 FRASERSUZUKI 模型。基線擬合采用 CHEBYSHEV 多項(xiàng)式,階數(shù)可選(高 3 階)。
本軟件的擬合分為兩步:首先由用戶定義擬合參數(shù)范圍(上、下限),并通過初步計(jì)算得到一個(gè)合理的范圍。這是一個(gè)用戶與軟件之間的“互動(dòng)”過程,即預(yù)計(jì)算的結(jié)果通過圖形顯示(圖 3),用戶可以根據(jù)圖形結(jié)果調(diào)整參數(shù),并重復(fù)預(yù)計(jì)算過程直到結(jié)果滿意。這個(gè)步驟中可以調(diào)整的參數(shù)有: Ÿ 峰位 Ÿ 峰高 Ÿ 半峰寬 Ÿ 對稱度(僅限 Fraser-Suzuki) Ÿ 精細(xì)度(僅限 Pearson)
第二步稱為非線性擬合,目的是在得到合理的起始參數(shù)前提下,計(jì)算出優(yōu)化的峰參數(shù)(圖 4)。該步驟將 LEVENBERG/MARQUARD 相結(jié)合進(jìn)行步長優(yōu)化,優(yōu)勢在于其高效率和高穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到設(shè)定值,或者擬合離差小于設(shè)定閾值時(shí),擬合過程自動(dòng)停止。
3. 擬合結(jié)果輸出計(jì)算結(jié)束后,軟件得到擬合結(jié)果(圖 5): Ÿ 擬合參數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差 Ÿ 由參數(shù)計(jì)算的每個(gè)峰(DSC/DTA)的面積,以及峰的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)Ÿ 失重量(TG) Ÿ 膨脹量(DIL/TMA) Ÿ 反映擬合質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),例如相關(guān)系數(shù)、離差等 Ÿ 非線性回歸值 Ÿ 迭代終止閾值
總結(jié):耐馳公司的熱分析軟件不但涵蓋了所有必要的常規(guī)熱分析數(shù)據(jù)處理功能,而且能夠?qū)崿F(xiàn)更深入的數(shù)據(jù)計(jì)算,這充分體現(xiàn)了耐馳公司強(qiáng)大的技術(shù)力量。本文介紹的峰分離軟件只是耐馳高級軟件包中的一小部分,我們將在以后的期刊中繼續(xù)介紹其它的高級軟件。
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