CN117761110A - 样品托盘和包括样品托盘的用于量热或热分析研究的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保持准备用于量热或热分析研究的材料样品的样品托盘，并且涉及一种用于量热或热分析研究的设备，所述设备包括量热或热分析测量设备和与所述量热或热分析测量设备相关联的所述样品托盘。

Description

样品托盘和包括样品托盘的用于量热或热分析研究的设备

技术领域

本发明涉及一种用于保持准备用于量热或热分析研究的材料样品的样品托盘，并且涉及一种用于量热或热分析研究的设备，其包括量热或热分析测量设备和与所述量热或热分析测量设备相关联的所述样品托盘。

背景技术

在以下描述中，术语量热或热分析研究涵盖各种测量方法，包括但不限于量热法、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)、介电常数测定法以及这些方法的组合。

这些研究中的某些类型包括将材料的至少一个样品布置在量热或热分析测量设备的炉中，所述量热或热分析测量设备适于使样品材料经受温度程序的影响。研究材料随温度变化的特性。

常规地，由操作者在实验室的环境条件下制备一个或多个材料样品。然后将准备用于量热或热分析研究的一个或多个样品布置在用于保持一个或多个这样的样品的样品托盘上。样品托盘由操作者在环境条件下运输到测量设备。然后将一个或多个样品手动或自动地放入所述炉中。

然而，对于某些类型的研究，在受控的(例如，在湿度、缺氧以及最重要的温度方面是受控的)环境条件下向炉提供样品可能是有益的，甚至是必要的。

发明内容

因此，本发明的目的是开发在受控的环境条件下向量热或热分析测量设备提供样品的装置。

根据本发明的第一方面，所述目的通过一种用于保持准备用于量热或热分析研究的材料样品的样品托盘来实现，其中，所述样品托盘包括适于围出用于容纳所述样品的内部托盘空间的接收结构和用于使热量在所述内部托盘空间与所述接收结构的外侧之间流动的热运送装置。

由于根据本发明的第一方面的样品托盘的热运送装置会促进热量流动，因此可以控制布置在接收结构中的样品的温度，直到样品用于量热或热分析研究的时刻，例如直到将样品放入炉中的时刻。

接收结构可以具有允许将期望数量的样品放入到内部托盘空间中的任何形式。例如，接收结构和/或内部托盘空间可以具有矩形体的形状。

热运送装置可以使热量在所述内部托盘空间与所述接收结构的外侧之间流动，使得能够实现相对于实验室环境条件对样品的冷却。也就是说，热量从内部托盘空间运送到所述接收结构的外侧。以这种方式，可以实现将样品冷却到刚好低于室温的温度。或者，可以将样品冷却到低至-30℃或到甚至更低的温度。

可替代地，热运送装置也可以使热量在所述内部托盘空间与所述接收结构的外侧之间流动，使得能够实现相对于实验室环境条件对样品的加热。也就是说，热量从所述接收结构的外侧运送到内部托盘空间。

在本发明的第一方面的一个实施例中，所述热运送装置可以包括布置在所述内部托盘空间内的热电珀耳帖冷却器，所述珀耳帖冷却器具有吸热侧和放热侧，并且所述热运送装置可以包括使热量在珀耳帖冷却器的至少一侧与所述接收结构的外侧之间流动的装置。

在这样的实施例中，珀耳帖冷却器的吸热侧可以与样品热接触，并且热运送装置可以包括将热量从所述放热侧转移到所述接收结构的外侧的装置。以这种方式，可以实现对样品的冷却。

还可以存在这样的实施例，其中，珀尔帖冷却器的放热侧可以与样品热接触，并且热运送装置可以包括将热量从所述接收结构的外侧转移到吸热侧的装置。以这种方式，可以实现对样品的加热。

珀耳帖冷却器的优点在于其具有长的寿命，不需要移动部件或循环液体，具有小尺寸并且形状灵活。此外，可以达到非常低的温度，例如达到在-30℃的级别的温度。

根据本发明的第一方面的样品托盘的热运送装置可以包括热交换器。当热运送装置包括如上所述用于冷却样品的珀耳帖冷却器时，热交换器可与珀耳帖冷却器的放热侧热接触。热交换器可以适于将热量从放热侧运送到所述接收结构的外侧。当热运送装置包括如上所述用于加热样品的珀耳帖冷却器时，热交换器可以与珀耳帖冷却器的吸热侧热接触。热交换器可以适于将热量从所述接收结构的外侧运送到吸热侧。

在本发明的第一方面的一个实施例中，所述热运送装置可以包括在回路中循环的热传递介质，所述回路在所述内部托盘空间与所述接收结构的所述外侧之间延伸。所述热传递介质可以是水。所述回路可以包括管道。

样品托盘还可以包括用于样品盘的支撑结构，所述支撑结构布置在所述内部托盘空间内并且与所述热运送装置热接触。例如，当热运送装置包括如上所述用于冷却样品的珀耳帖冷却器时，珀耳帖冷却器的吸热侧可以与支撑结构和/或样品盘热接触。

在一个实施例中，支撑结构被配备成支撑多个样品盘，所述多个样品盘例如被布置成圆形、矩形图案或成之中的样品被布置成行的图案，所述行中每下一行样品盘的行相对于相邻的行偏移一行中的两个样品盘之间的距离的一半的距离。这种支撑结构允许将多个样品保持在受控的环境条件下。在一个实施例中，支撑结构保持48或96个样品盘。

支撑结构可以具有对于支撑至少一个样品盘实用的任何形状。例如，支撑结构可以是盘形的。支撑结构可以被安装成使得其可围绕旋转轴线旋转。支撑结构可以适于支撑至少一个样品盘。样品盘可以安装在支撑结构上并且可从所述支撑结构移除。样品盘可以适于接收一个材料样品。此外，样品盘可以适于布置在例如在量热或热分析测量设备的炉中的测量位置处。

在本发明的第一方面的一个实施例中，接收结构可以包括用于将所述样品放入所述内部托盘空间中以及用于从所述内部托盘空间移除所述样品的开口，以及适于在第一位置中封闭开口并且在第二位置中释放开口从而能够放入和移除所述样品的盖。接收结构可以包括两个部件。第一部件可以是适于接收所述样品的接收部件。除了限定开口的区域之外，接收部件可以围封内部托盘空间。第二部件可以是适于在所述第一位置中封闭所述开口而在所述第二位置中释放所述开口的盖。盖可以例如经由铰链连接到所述接收部件。可替代地，也可以将所述盖与所述接收部件完全断开，从而释放所述接收结构的开口。

样品托盘还可以包括用于将气体引入内部托盘空间的气体入口和用于从内部托盘空间移除气体的气体出口，从而允许气体流动通过所述内部托盘空间。流动通过内部托盘空间的气体可以允许控制所述内部托盘空间内的湿度和/或氧气条件等。气流与例如内部托盘空间的体积和内部几何形状有关。

在一个实施例中，样品托盘还可以包括用于使内部托盘空间与外侧热隔离的隔离结构。以这种方式，可以更容易且更稳定地保持内部托盘空间内的温度，从而保持样品的温度。隔离结构可以被布置成隔离内部托盘空间的一部分。可替代地，隔离结构也可以被布置成隔离整个内部托盘空间。

在本发明的第一方面的一个实施例中，所述隔离结构可以成所述接收结构的内衬的形式，其具有内部凹陷区域而使得所述样品能够容纳在所述隔离结构中。这允许非常好地热隔离样品。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于量热或热分析研究的设备，所述设备包括量热或热分析测量设备，并且具有与所述量热或热分析测量设备相关联的根据本发明的第一方面的样品托盘，以便允许将样品从所述样品托盘转移到所述测量设备中的测量位置。量热或热分析测量设备(下文中也缩写为“测量设备”)可以是本领域公知的常规测量设备。例如，测量设备可以包括差示扫描量热仪或热重分析仪。

在根据本发明的第二方面的设备的一个实施例中，所述量热或热分析测量设备可以包括壳体，所述壳体包括用于所述测量设备的操作区域，并且所述样品托盘可以适于安装在所述操作区域中。样品托盘可以适于永久地固定在操作区域中。可替代地，样品托盘也可以适于能够从所述操作区域移除。样品托盘可以安装在所述操作区域中，使得所述样品托盘邻近测量位置布置。以这种方式，从样品托盘到测量位置的运送路径可以是短的。因此，在样品从所述接收结构运送到所述测量位置期间，样品的温度可能仅受到轻微影响或根本不受影响。这可以改善量热或热分析研究的结果的质量。

所述设备还可以包括转移装置，其用于实现所述样品从样品托盘到量热或热分析测量设备的测量位置的所述转移。转移装置可以适于夹持容纳在内部托盘空间内的一个或多个样品，并将其转移到所述测量设备的测量位置。转移装置可以自动操作。转移装置可以是机器人装置。

所述设备还可以包括罩，所述罩适于将从样品托盘到量热或热分析测量设备的所述测量位置的转移路径与周围环境屏蔽开。然后，可以例如通过使用如上所述的机器人转移装置沿着所述转移路径将样品从样品托盘转移到测量位置，所述转移路径完全在内部罩空间内，所述内部罩空间被定义为经由罩与外部分离的内部空间。可以在所述内部罩空间内部创建期望的环境条件。例如，可以在内部罩空间内提供干燥气体。当样品在样品托盘中被冷却到低温时，干燥气体可以防止样品在从样品托盘运送到测量位置期间结冰。

在根据本发明的第二方面的一个实施例中，所述测量位置可以位于所述测量设备的炉内。炉可以布置在炉壳体中。测量设备还可以包括允许控制炉的操作的控制单元。控制单元可以包括控制所述炉的温度的温度程序。

附图说明

在以下描述中，将参考附图通过示例的方式更详细地说明本发明。在附图中，

图1是根据本发明的第一方面的实施例的样品托盘的示意性剖视图；和

图2是根据本发明的第二方面的实施例的用于量热或热分析研究的设备的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的第一方面的一个实施例的样品托盘1的示意性剖视图。所述样品托盘1包括接收结构10，接收结构10适于围出用于容纳样品的内部托盘空间11。所述样品包括待经由量热或热分析研究来进行检查的材料。

在图1所示的实施例中，接收结构10包括接收部件16和盖17。接收部件16适于接收所述样品。除了限定开口15的区域之外，接收部件16围封内部托盘空间11。接收部件16可以包括用于使内部托盘空间11与外侧12热隔离的隔离结构40。隔离结构40可以成接收结构10的内衬的形式，其具有内部凹陷区域而使得所述样品能够容纳在隔离结构40中。盖17适于在第一位置封闭开口15，在第二位置释放开口15。在图1所示的实施例中，盖17可从接收部件16处移除，从而允许将样品放入到内部托盘空间11中以及从内部托盘空间11中移除样品。图1中所示的接收结构10的内部托盘空间11具有矩形体的形状。

图1中所示的样品托盘1还包括用于支撑至少一个样品盘14的支撑结构13。样品盘14适于接收材料样品，并且还适于布置在位于量热或热分析测量设备(见下文)的炉内的测量位置处。在一个可能的示例中，支撑结构13可以是盘形的。附加地，支撑结构13可以围绕穿过盘的中心的轴线旋转。附加地或可替代地，支撑结构13可以适于接收2×48个样品盘14。

样品托盘1还包括热运送装置20，用于使热量在托盘内部空间11与所述接收结构10的外侧12之间流动。在图1所示的实施例中，热运送装置20包括布置在所述内部托盘空间11内的热电珀耳帖冷却器30。珀耳帖冷却器30具有吸热侧31和放热侧32。吸热侧31可以与支撑结构13和/或样品盘14热接触。图1中所示的实施例的热运送装置20还包括热交换器24，所述热交换器24布置在所述内部托盘空间11内并且与珀耳帖冷却器30的放热侧32热接触。热运送装置20还包括在回路26中循环的热传递介质、例如水，所述回路26在所述内部托盘空间11与接收结构10的外侧12之间延伸。热交换器24与回路26连接。回路26具有连接到热交换器24的第一端部26a和连接到冷却器27的第二端部26b，所述冷却器27布置在接收结构10的外侧12处并且适于冷却将热量从热交换器24运送到冷却器27的热传递介质。以这种方式，可以实现对样品的冷却。

图2是根据本发明的第二方面的一个实施例的用于量热或热分析研究的设备100的示意图。设备100包括量热或热分析测量设备110(简称为测量设备110)和与所述测量设备110相关联的样品托盘1。样品托盘1可以是图1中所示的样品托盘1，但不限于此。在图2中所示的实施例中，测量设备110包括壳体111。壳体111包含用于所述测量设备110的操作区域，并且样品托盘1适于安装在所述操作区域中。

测量设备110包括布置在炉壳体113中的炉112和控制炉112的操作的控制单元(未示出)。控制单元包括控制炉112的温度的温度程序。测量设备110的测量位置位于所述炉112内。

在图2中所示的实施例中，设备100还包括转移装置120，用于实现样品从样品托盘1到炉112内部的测量位置的转移。在图2中所示的实施例中，转移装置120包括机器臂121。机器臂121可沿着轨道122在水平方向H上在第一位置与第二位置之间移动。夹持器123布置在机器臂121的下端部121a处，夹持器123适于沿着与水平方向H垂直的竖直方向V移动。在第一位置，机器臂121布置在样品托盘1上方。然后，夹持器123在竖直方向V上移动穿过样品托盘1的开口15(在图1中所示的样品托盘1的情况下，必须预先移除盖17)。夹持器123适于夹持携带材料样品的样品盘14。一旦夹持器123已经夹持样品盘14，夹持器123就在竖直方向V上向上移动。然后，机器臂121沿着轨道122在水平方向H上向图2中的左侧移动，直到到达第二位置，在第二位置，如图2中所示，机器臂121被布置在炉壳体113上方。然后，夹持器123在竖直方向V上向下移动穿过炉壳体113的入口114(其本经由未示出的炉盖封闭)，直到样品盘14到达位于炉壳体113内的测量位置。然后，夹持器123从炉112处缩回，并且炉盖布置在入口114之上以封闭炉112。然后，可以开始量热或热分析研究。

可选地，如图2的实施例中所示，设备100可以包括罩130以围封内部罩空间131。如图2所示，所述内部罩空间131容纳安装在所述壳体111的操作区域中的样品托盘1，以及通向量热或热分析测量设备110的炉112的入口114。可以在内部罩空间131内创建期望的环境条件，例如通过引入干燥气体来创建期望的环境条件。然后，可以例如通过使用上述转移装置120，在所需的环境条件下将样品盘14中的样品从样品托盘1处转移到位于炉112内的测量位置。因此，罩130允许在期望的环境条件下将样品转移到测量位置。如果样品托盘1包括作为热运送装置20的一部分的冷却器27，则优选地，所述冷却器27的至少一部分布置在罩130的外侧，使得由冷却器27产生的热可以存放于环境空气中。

附图标记列表

1 样品托盘

10 接收结构

11 内部托盘空间

12 接收结构的外侧

13 支撑结构

14 样品盘

15 开口

16 接收部件

17 盖

20 热运送装置

24 热交换器

26 回路

26a 第一端部

26b 第二端部

27 冷却器

30 珀耳帖冷却器

31 吸热侧

32 放热侧

40 隔离结构

100 用于量热或热分析研究的设备

110 量热或热分析测量设备

111 壳体

112 炉

113 炉壳体

114 入口

120 转移装置

121 机器臂

121a 下端部

122 轨道

123 夹持器

130 罩

131 内部罩空间

H 水平方向

V 竖直方向

Claims (15)

1.一种用于保持准备用于量热或热分析研究的材料样品的样品托盘(1)，其中，所述样品托盘(1)包括适于围出用于容纳所述样品的内部托盘空间(11)的接收结构(10)以及用于使热量在所述内部托盘空间(11)与所述接收结构(10)的外侧(12)之间流动的热运送装置(20)。

2.根据权利要求1所述的样品托盘(1)，其中，所述热运送装置(20)包括布置在所述内部托盘空间(11)内的热电珀耳帖冷却器(30)，所述珀耳帖冷却器(30)具有吸热侧(31)和放热侧(32)，所述热运送装置(20)包括用于使热量在所述珀耳帖冷却器(30)与所述接收结构(10)的外侧(12)之间流动的装置。

3.根据权利要求1或2所述的样品托盘(1)，其中，所述热运送装置(20)包括热交换器(24)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，其中，所述热运送装置(20)包括在回路(26)中循环的热传递介质，所述回路(26)在所述内部托盘空间(11)与所述接收结构(10)的所述外侧(12)之间延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，其中，所述样品托盘(1)还包括用于样品盘(14)的支撑结构(13)，所述支撑结构(13)布置在所述内部托盘空间(11)内并且与所述热运送装置(20)热接触。

6.根据权利要求5所述的样品托盘(1)，其中，所述支撑结构(13)具有盘形形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，其中，所述接收结构(10)包括开口(15)和盖(17)，所述开口(15)用于将所述样品放入所述托盘空间(11)中以及用于从所述托盘空间(11)中移除所述样品，所述盖(17)适于在第一位置中封闭开口(15)并且在第二位置中释放开口(15)，从而能够放入和移除所述样品。

8.根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，其中，所述样品托盘(1)还包括用于将气体引入到所述内部托盘空间(11)中的气体入口和用于从所述内部托盘空间(11)移除气体的气体出口，从而允许气体流动通过所述内部托盘空间(11)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，其中，所述样品托盘(1)还包括用于使所述内部托盘空间(11)与所述外侧(12)热隔离的隔离结构(40)。

10.根据权利要求9所述的样品托盘(1)，其中，所述隔离结构(40)呈所述接收结构(10)的内衬的形式，其具有内部凹陷区域而使得所述样品能够容纳在所述隔离结构(40)中。

11.一种用于量热或热分析研究的设备(100)，所述设备(100)包括量热或热分析测量设备(110)并且具有与所述量热或热分析测量设备(110)相关联的根据前述权利要求中任一项所述的样品托盘(1)，以便允许将所述样品从所述样品托盘(1)转移到所述测量设备(110)中的测量位置。

12.根据权利要求11所述的设备(100)，其中，所述量热或热分析测量设备(110)包括壳体(111)，所述壳体(111)包含用于所述测量设备(110)的操作区域，并且所述样品托盘(1)适于安装在所述操作区域中。

13.根据权利要求11或12所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还包括转移装置(120)，所述转移装置(120)用于实现所述样品从所述样品托盘(1)到所述量热或热分析测量设备(110)的所述测量位置的所述转移。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还包括罩(130)，所述罩(130)适于将从所述样品托盘(1)到所述量热或热分析测量设备(110)的所述测量位置的转移路径与周围环境屏蔽开。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的设备(100)，其中，所述测量位置位于所述测量设备(110)的炉(112)内。