CN203203952U - 用于研究样本的系统 - Google Patents
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Abstract
提供了用于研究样本的系统。所述系统中的DSC仪器（120）包括一组光学装置（150），其允许关联的拉曼单元（130）发射断续地将激光信号引导到样本（5）的脉动激光（132）并收集拉曼信号，同时对同一样本（5）进行DSC实验。DSC具有适合于包含样本的器皿，热分析环境适合于保持器皿。关联的温度控制设备（160）在温度端点之间改变分析环境的温度以在各种转变时观察样本。拉曼光谱法单元（130）被配置为生成激光脉冲，其激发拉曼光谱的发射以提供关于样本的进一步信息而不会在研究的DSC方面引入过度噪声。
Description
技术领域
本发明涉及用于使用组合技术来收集关于样本的数据的量热技术。
背景技术
在制药及其它学科中，存在用来检验并测试将要市售的物质的样本的许多技术。这些测试保证了一批化合物上的一致性并确定组合物中的元素的存在或其量等。此类测试被发现改善了要研究的样本的性质的准确度。
为此，在此类研究中，常常使用差示扫描量热法（DSC）来确定样本中的转变（例如从固相到液相）的精确温度和能量。通常在由用户选择的两个温度端点之间的温度下执行研究。随着研究的进行，样本经历转变，例如熔化。转变温度被用作样本中的性质变化的指示符。测量转变温度和转变的能量的微小偏移在使用DSC研究理解材料过程方面是有帮助的。
拉曼光谱法是一种被用于材料表征的技术，已经在诸如药物中的多形体识别以及聚合物结晶（包括此类聚合物的反应监视）的这些领域中有所应用。
DSC和拉曼探询方法二者对于执行上述测试相当有用。按照惯例，单独地执行此类测试。例如，DSC研究阐明转变的发生，但不生成结构信息。另一方面，拉曼以连续的方式提供关于样本结构的信息，但不提供关于转变的热动力参数的信息。单独地执行每个测试具有包括硬件的重复和多个样本的使用的缺点，其可能导致不一致的结果。
因此，仍需要一种避免上述缺点的在单个布置中包括与拉曼光谱法组合的DSC技术的系统。
发明内容
一种用于研究样本的系统包括差示扫描量热计、拉曼光谱法单元（Raman
spectroscopy unit）、光纤的子系统和控制器。该差示扫描量热计具有适合于包含样本的器皿、适合于容纳该器皿的热分析环境、被配置为在温度端点之间改变分析环境的温度的温度控制设备以及适合于查明（ascertain）相对于分析环境的热通量（heat flux）的热测量设备。拉曼光谱法单元被配置为在温度端点之间生成样本的拉曼光谱。该拉曼单元具有检测器和适合于交替地照射和不照射样本的激光激励源。该子系统包括将拉曼光谱法单元与分析环境耦合的一个或多个光纤；一个或多个光纤被配置为从所述激光激励源向分析环境中的样本提供激光信号，并且一个或多个光纤被配置为将从分析环境中的样本散射的辐射传输到检测器。控制器被配置为向差示扫描量热计和拉曼单元发布命令，从差示扫描量热计和拉曼单元接收数据，防止热测量设备在照射样本期间的操作，并且生成表示仅在样本未被照射的时间期间获得的热数据的DSC曲线。所述系统还包括外壳，其包含所述分析环境，具有被对于激光信号和从样本散射的辐射而言透明的窗口封闭的孔。并且，所述器皿具有底板，该底板具有周界和与所述周界相比凸起的中心。
一种研究样本的相关方法包括将样本放置在差示扫描量热计的热分析环境中，在温度端点之间改变分析环境中的温度，以及用激光信号交替地照射和不照射分析环境中的样本。另外，该方法包括收集从分析环境中的样本散射的辐射；根据所收集的散射辐射来在温度端点之间生成拉曼光谱；在改变分析环境中的温度的同时查明相对于分析环境的热通量；以及生成表示仅在样本未被照射的时间期间所查明的热数据的DSC曲线。
在另一实施例中，一种用于研究样本的系统包括功率补偿的差示扫描量热计、拉曼光谱法单元、第一光纤、第二光纤以及控制器。所述功率补偿的差示扫描量热计具有适合于包含样本的器皿、适合于容纳该器皿的热分析环境、被配置为在温度端点之间在连续的不同等温时段内改变分析环境的温度的温度控制设备以及适合于查明相对于分析环境的热通量的热测量设备。拉曼光谱法单元被配置为在检测器处接收到的温度端点之间生成样本的拉曼光谱，并具有适合于交替地照射和不照射样本的激光激励源。第一光纤被配置为将来自所述激光激励源的激光信号耦合到分析环境中的样本上。第二光纤被配置为将从分析环境中的样本散射的辐射耦合到检测器。控制器将差示扫描量热计和拉曼单元耦合并被配置为命令拉曼单元仅在每个等温时段的第一部分期间照射样本并根据由差示扫描量热计查明的热通量信息来生成DSC曲线。
在另一实施例中，一种研究样本的方法包括将样本放置在功率补偿的差示扫描量热计的热分析环境中；在温度端点之间在连续的不同等温时段内改变分析环境中的温度；用激光信号来照射分析环境中的样本而不引起样本的化学变化或相变中的至少一个；收集从分析环境中的样本散射的辐射；根据所收集的散射辐射来生成温度端点之间的拉曼光谱；在改变分析环境中的温度的同时查明相对于分析环境的热通量；以及根据由差示扫描量热计查明的热通量信息来生成DSC曲线。
在又一实施例中，一种研究样本的方法包括配置具有涂敷有金属纳米颗粒的底板的器皿；在该器皿中，将样本放置到纳米颗粒上；将器皿中的样本的温度设置为大于相转变的温度的温度；以及将材料冷却以促使其经历相转变，同时使器皿中的样本经受差示扫描量热法，所述相转变在纳米颗粒处发起。
附图说明
以下的发明描述参考附图，在附图中：
图1是依照本发明的说明性实施例的系统的示意性横截面和方框图；
图2A是本发明的说明性实施例中的有凹坑（dimpled）盘的侧截面；
图2B是图2A的底部有凹坑的DSC盘的顶视平面图；
图3是包括用于将拉曼激光引导至样本的透镜的探针和DSC子系统的透视图；
图4A是本发明的说明性实施例中的图3的探针和透镜的更详细侧截面；
图4B是图4B的透镜的更详细顶视平面图；
图5A是举例说明使用功率补偿DSC的DSC运行并举例说明在横坐标上绘制温度/℃以及在纵坐标上绘制热通量的热通量曲线的曲线图；
图5B至5E的每个举例说明在图5A中反映的实验期间收集的拉曼光谱；
图6A是举例说明示出在DSC脉冲中的加热和保持序列的步进扫描过程的曲线图；
图6B描绘所施加的DSC脉冲和在等温线的稳定化时间期间传输的两个拉曼脉冲的曲线图；以及
图6C是在横坐标上绘制时间（s）和在纵坐标上绘制温度的用户所观察到的曲线图。
具体实施方式
图1举例说明体现本发明的系统100，其包括一起对分析环境中的样本进行操作的差示扫描量热计（DSC）120和拉曼光谱法单元130。DSC 120和拉曼单元130针对正被研究的样本一起得出信息的全面集合。控制器160被适当地编程为命令DSC 120和拉曼单元130在执行如下所述的实验的不同步骤时协作。应注意的是图中所示的特征不一定按比例绘制。
如本领域的技术人员所已知的，拉曼单元130包括激光激励源132、光谱仪134以及检测器136。拉曼单元130可以是例如PerkinElmer®、Raman StationTM
400F或Raman FlexTM。通过操作快门（未示出）从而实现脉动激光的递送，激光激励源132在操作中交替地向下述的光纤子系统递送和不递送激光。
DSC 120包括低质量样本炉170，其内部充当用于样本的分析环境。样本炉170被配置为容纳适合于包含样本的器皿176。基准炉180标称地与样本炉170相同且被配置为容纳基准盘186以用于比较，但在研究期间不持有样本。炉170具有专用温度测量设备172和加热器174，并且炉180也具有专用温度测量设备172'和加热器174'，这些特征组成被配置为在由用户选择的温度端点之间改变相应炉的温度的温度控制设备。
在该实施例中，基准炉180通过耦合件178与样本炉170热连通。控制系统160被配置为充当热测量设备以查明通过耦合件178的相对于分析环境的热通量。对于相对快速的热响应，DSC 120说明性地通过功率补偿技术来直接测量热流，如在由马萨诸塞州沃尔瑟姆市的PerkinElmer
Health Sciences公司市售的PerkinElmer® DSC 8000和8500及PYRUS™ Diamond差示扫描量热计中实现的。功率补偿的量热计可以提供显示出准确到例如约0.01开氏度（K）至1.0 K内的转变温度的曲线。在替换实施例中，DSC可以是热通量量热计。
样本盘176和基准盘186说明性地装配有相应的相同盖178和188，盖178和188整体地或部分地对于在激光激励源132中产生的激光和来自样本S的拉曼信号而言是透明的。盖178和188可以例如完全由诸如石英的透明材料制成或设有透明窗口。对于低于室温的温度下的操作，盖178和188中的窗口可以被说明性地与相应器皿176和186热隔离以避免水蒸气在窗口上的沉积，这可能妨碍激光和拉曼信号在拉曼探询期间通过窗口的传输。
DSC 120被外壳盖190覆盖。外壳盖190具有窗口195。窗口195被设置在样本炉170和关联的包含样本的器皿176上，允许通过外壳盖190的光传输。
DSC 120和拉曼单元130被光纤子系统耦合在一起。依照本发明的一个实施例，光纤子系统利用两个或更多光纤束，每个包括一个或多个光纤。第一光纤束133和第二光纤束135将拉曼单元130的相应特征耦合到探针140。激光激励源132具有被耦合到第一光纤束133的输出。光谱仪134从第二光纤束135接收输入。
探针140可以例如是直径约0.5英寸的PerkinElmer®产品号L132002。在远端处，探针140具有偏心透镜145，其说明性地具有大约小于一厘米的标称工作距离，并被配置为将由第一光纤束133递送的辐射引导到分析环境中的样本上并将散射光、即来自样本的拉曼信号中继到第二光纤束135中。探针140此外可以装配有照相机（未示出）以允许DSC 120中的样本的远程观看。
透镜适配器110接收探针140并将探针140保持在外壳190上的窗口195之上。被配置为保持透镜适配器110的配件105说明性地配置为具有例如螺钉（未示出），其可调整以放松或上紧配件105对透镜适配器110的夹持，从而允许配件105中的透镜适配器110的垂直位置的粗略调整。配件105还可以具有XYZ机构107，其允许通过透镜配件105的移动对透镜适配器110进行精细定位。以这种方式，可以使来自激励源132的激光最佳地聚焦到分析环境中的样本上。
图3是DSC系统120的外部壳体320的透视图。壳体320被开孔以允许来自探针140的光进入DSC 120。如本文在前所述，探针140位于由配件105保持的透镜适配器110中，配件105可沿着XYZ坐标移动。
在图4A中举例说明透镜适配器110的更详细视图。更具体地，图4A更详细地举例说明透镜适配器110的实施例。如图所示，透镜适配器110是圆柱体，其说明性地由阳极化铝构成，其是空心的以关于DSC 120（图4A中未示出）在近端412与远端414之间透射光。透镜145被装配到透镜适配器110的远端412上。透镜适配器110的近端包括用于接收探针140的钻孔418。钻孔118的壁说明性地被钻洞并配有螺钉（未示出）以在钻孔118内以固定旋转取向固定探针140。使得探针140位于钻孔418中将探针140的远端414与透镜145之间的距离固定在例如几厘米的值。钻孔418的轴与透镜145相关以允许探针140的某种旋转取向。如图4A和4B所示，在本实施例中，偏离透镜适配器110的中心轴钻出所述钻孔418。
探针140（图3）和透镜适配器110（图4A和4B）的配置说明性地使得在系统100的操作期间，由探针140发射的激光在相对宽的斑点（例如直径为约200μm的量级或以上）上照射器皿中的样本S。与诸如功率和脉冲参数的激光操作变量的明智选择相结合，激光通过透镜145到样本上（特别是在漫斑中）的适当聚焦降低了诸如由灼烧引起的破坏性局部化学变化、样本S的相转变或其它退化、样本中的激光引发的相变以及激光能量与DSC分析的其它模式的干扰的风险。
返回图1，控制器160被配置为在执行对分析环境中的样本的同时的热和光谱分析时协调DSC 120和拉曼单元130的操作。在DSC 120执行热分析的操作期间，控制器被配置为操作拉曼单元130以便以脉动方式用激光来照射样本S。控制器可以被配置为在样本照射和某个后续间隔期间使热数据收集暂停，或者在数学上丢弃基于在样本的照射期间查明的热通量的DSC曲线的部分。因此，可以生成最终DSC曲线，其表示仅在其中样本未被照射的时间期间查明的热数据。
此外，可以将控制器配置为利用DSC 120的操作参数来协调激光激励源132对样本的断续照射的定时、频率或持续时间。在一个方法中，DSC 120可以在操作中通过施加打断等温时段的重复热脉冲来增加分析环境的温度。本文所使用的“等温时段”可以包括初始的斜变或步进分布且因此不是严格地等温的。控制器160可以在操作中用于在相应等温时段的特定部分（诸如第一部分（例如等温时段的十分之一、四分之一或一半），或稍后部分）期间一致地向样本施加激光。可以将控制系统160配置为在两个或更多脉冲中施加辐射。
可以将系统100配置为将全部具有相等、预定长度的连续等温时段编程在DSC温度扫描中，并相应地，施加与等温时段同步的周期性激光脉冲。替换地，可以将该系统配置为在分析期间就地确定相应等温时段的持续时间，并相应地，基于与发起等温时段的热脉冲相连的触发器来激发激光脉冲。在一个实施例中，控制器160在操作中用于在分析环境在紧邻着的先前等温时段期间已经满足热稳定标准时激发发起新等温时段的热脉冲。系统100可以在操作中用于将所述的协调操作模式相组合。
已知的是样本可以在熔化后在样本器皿内偏移。虽然对于DSC分析单独而言不是问题，但该偏移可以使样本移动至探针140未被定位为照射样本的器皿的一部分，使得拉曼分析可能受到不利影响。为了避免此类不利影响，当前系统可以采用具有有凹坑的底板配置的样本盘。更具体地，如图2A和2B所示，器皿270具有被容纳在壁277内的带有凸起凹坑（raised dimple）280和周向环279的底板。在图2B中举例说明其中环279围绕凸起凹坑280以形成圆形凹陷部的顶视平面图。该样本最初被放置在此圆形凹陷部279中，并且即使在高温条件期间熔化之后，仍留在该凹陷部内。因此，有凹坑的器皿270帮助即使在样本熔融之后仍将样本保持在适当的位置以便接收激光。
可以处理该器皿的内部以在接收样本S之前承载例如银或金的金属纳米颗粒的涂层。沉积的纳米颗粒可以是不会在感兴趣温度范围内经历热引发的转变且因此将不会向DSC热-温度分布中引入伪像的物质。在不受任何理论约束的情况下，我们相信与样本接触的金属纳米颗粒充当促进其在热分析期间的结晶的异质成核点，改善了结晶现象的样本到样本的可再现性。
充当用于样本的异质结晶点的纳米颗粒可以具有例如10、50、100或200nm的直径。在一个实施例中，通过将胶态悬浮体放置在器皿176中并蒸发溶剂来将金属纳米颗粒施加于样本盘176。金纳米颗粒的适当悬浮体可从例如英国的BBInternational获得。沉积的纳米颗粒的总质量与样本质量相比可以是极小的。对于具有45μL的标称容量的标准DSC样本盘而言，可以通过在盘中沉积几微升的纳米颗粒悬浮体以覆盖底部并让其干燥一整夜来施加纳米颗粒。
在另一实施例中，样本盘176或270中的金属纳米颗粒的存在还可以在没有DSC-拉曼系统100的附加振动光谱方面的情况下对独立DSC分析中的可再现性是有益的。在拉曼-DSC系统100中，金属纳米颗粒还可以引入表面增强的拉曼散射，其中，可以将来自与纳米尺度的金属表面接触的样本的拉曼信号增强约105或106倍。向样本添加组分以便在通过拉曼光谱法的分析期间引起此类增强在本领域中是已知的且在表面增强拉曼光谱法（“SES”）中得以实践。
在操作中，准备系统100以用于诸如药物的样本组合物的研究，或者可以使用本发明的系统来研究聚合物以确定关于样本材料在被加热或冷却（DSC）时所经历的一个或多个转变以及关于包括结晶和无定形组成（拉曼）的分子水平的结构的有价值信息，其中二者都与样本物质的期望性质有关。如所述，依照本发明，可以使用单个样本在同一实验中执行这些热和结构研究。因此，组合系统在避免两个系统所共用的系统硬件和软件组件的重复的同时提供了期望的补充信息。此外，该系统节省时间，并且因此降低了获得热和结构分析两者的总成本。
样本对于激光的断续暴露使得由激光引入分析环境中的能量的总量最小化，并且特别地，与功率补偿DSC技术相组合，减小了样本的不期望变化并提供了照射脉冲之间的用于从分析环境散热的时间。与使用激光的连续照射的技术相比，这两个方面限制由拉曼分析引入的热分析的中断。DSC 120和拉曼单元130在样本探询及数据收集和处理中的协调操作还促进在数量上准确的热结果，最终生成的DSC曲线等效于在另外相同的条件下、即在没有激光激励源132的照射的情况下收集的DSC曲线。特别地，最终生成的DSC曲线中的特征可以发生于在没有照射的情况下在其下发生在差示扫描量热计120中通过量热法生成的对应特征（例如表示相同的两个形式之间的转变的特征）的温度的1%或1K、0.5K、0.05K、0.01K内的温度下。
参考图1～4，在用于组合的DSC和拉曼分析的说明性过程序列中，通过将透镜适配器110安装在配件105中并调整适配器110的垂直位置从而使得样本炉170的底板对于在适配器110的远端414处向钻孔418中看的观察者而言看起来处于锐聚焦来准备系统100。上紧配件105对适配器110的夹持以使配件105内的适配器110在DSC 120的外壳盖190之上固定不动。
移动外壳盖190以允许接近样本炉170。将样本S放置在样本器皿中，例如放置在扁平盘176的底板上，或者如针对与小样本一起使用所讨论的，放置在有凹坑的盘270（图2A和2B）的外环279中。为了方便起见，我们在下文中将样本器皿一般地称为盘176。盘176说明性地被其激光透射盖178覆盖。一旦包含样本的盘176在量热计120的样本炉170中，则将外壳盖190放置在适当位置。可以根据需要来调整探针140的位置以正确地相对于盘176中的样本S对透镜145进行定位。
探针140被插入安装的透镜适配器110的钻孔418中，其中探针140的透镜145在钻孔418的中心内对准。可以在初步操作激光器132的同时进一步调整联合的透镜适配器110和探针140的位置以便使拉曼信号的强度最大化。
使用DSC加热器174来在定义感兴趣温度范围的所选温度端点之间改变分析环境中的样本S的温度。盘176和178之间的热流被作为温度的函数记录在系统100中。控制器160被适当地编程为命令DSC 120中的温度控制设备向分析环境施加期望的温度对（versus）时间以对样本进行热探询。控制器还存储结果得到的热通量数据。具体地，DSC曲线（即所记录的热流随温度的变化）示出了可以被操作员解释以发现如本领域的技术人员所已知的例如相转变的温度和焓的特征。
在DSC 120的操作期间，操作拉曼单元130以生成激光，该激光被传送到探针140、通过透镜145发射、传输通过窗口195并进入样本盘176以与样本S相互作用。仅断续地操作激光激励源132。在一个方法中，操作激光激励源132中的快门以仅在每个持续例如高达一秒的离散激光脉冲期间照射样本S。在一个实施例中，一秒的照射脉冲分开0.5秒。脉冲之间的间隔可以取决于检测器136的数据收集能力。照射的时间/频率可以例如从10ms至许多秒，或者甚至若干分钟，这取决于要执行的分析。每个等温时段的脉冲数也是可调整的。依照说明性实施例，每个热脉冲施加两个激光脉冲。在本发明的说明性实施例中，这两个激光脉冲持续总共小于三秒。
在图5中提供了可由系统100从单个醋氨酚样本获得的伴随的DSC和拉曼数据的示例。依照本发明的另一方面，可以通过在样本盘的底部添加少量的纳米颗粒作为一层来增加由冷却导致的结晶或液-固转变的热分析的反应时间和准确度。该纳米颗粒可以是金或另一金属。
DSC运行得到了热流曲线500。曲线500被绘制为热流v.温度，℃。操作激光激励源132以用例如785nm的标准值的波长来断续地照射样本。对于高达800℃的感兴趣的较高温度范围，480～532 nm的示例性激光波长范围可能是适当的。在约50℃的低温度端点处开始醋胺酚分析。热流曲线随着温度以恒定速率继续上升至由用户选择的高温度端点（在这种情况下为约200℃）。样本中的转变被反映为向下尖峰502、向下尖峰503以及大的向上尖峰504，如本领域的技术人员所已知的。
如本文所讨论的，拉曼单元130在刚刚描述的DSC热过程期间照射样本。说明性地，在DSC热流曲线500的第一部分506期间，在尖峰502的转变之前，光从样本被无弹性地背散射，并且这被拉曼单元中的检测器记录为无定形醋胺酚固体所特有的拉曼光谱510（图5B）。在DSC曲线部分508处，记录结晶多形体II的拉曼标志520（图5D）。因此，可以将产生热尖峰502的转变识别为在样本物质的无定形和结晶多形体II形式之间。
在DSC曲线部分522处，拉曼标志503是相当小的，但仍是说明从样本收集的醋氨酚的结晶多形体III的拉曼光谱。因此，可以将产生位于曲线部分508和522之间的热尖峰503的转变识别为在II和III醋氨酚多形体之间。在尖峰504之后，熔化光谱540被拉曼单元记录，将尖峰504识别为从醋胺酚多形体III的熔化转变。能量被以1700～1100 cm-1的波数从样本无弹性地背散射，并且传输回至拉曼单元130中的检测器。背散射的辐射在拉曼单元中被检测并被记录，以在样本存在于由DSC仪器120扫描的温度范围的相应部分中时反映关于样本的四组示例性拉曼信息中的每一个。特别地，DSC曲线基本上是无噪声的，因为拉曼脉冲太短暂而不能将足够的能量注入到样本中以显著干扰DSC信息，因此允许准确地记录DSC信息。
依照本发明的另一方面，可能期望采用在温度间隔内使用加热-保持序列的DSC研究。加热-保持方法是由本领域的技术人员所已知的PerkinElmer市售的StepScan™ DSC设备实现的。使拉曼脉冲发射与在StepScan™ DSC方法中应用的热扫描的特征协调可以使组合DSC-拉曼系统中的DSC分析的准确度最优化。图6A～6C举例说明StepScan（步进扫描）热方法。更具体地，图6A示出使用曲线600中的加热和保持循环的DSC信号的正常行为。例如，该系统在等温线602期间处于恒定温度且随后温度急剧地增加并被保持，如后续等温线604中所示。等温线602或604的持续时间或者等效地在诸如脉冲620的两个发起热脉冲之间经历的时间可以是恒定的预定持续时间，或者可以由系统100在操作期间确定。在等温线的初期的DSC信号的稳定时间提供了用于在没有热信号的显著附加扰动的情况下采集拉曼数据的窗口。
例如，在图6B中举例说明由热脉冲620发起的等温线，该过程的拉曼方面被示为曲线612。举例说明了两个照射激光脉冲616和618。每个脉冲说明性地具有一秒或以下的持续时间，并且可以高达三秒。脉冲的顶部几乎等于原始DSC脉冲620的温度。在这两个脉冲616和618之后，系统100开始采集DSC数据。图6举例说明对于用户而言可观察的热序列的最终结果。在另一实施例中，可以操作DSC单元120以连续地收集热数据，并且之后以数学方式从DSC曲线去除由激光照射贡献的任何热伪像。
示例
将要研究的样本放置在样本盘中。
首先，由DSC系统来传输5伏（V）的触发信号或其它类似信号以便开始拉曼采集。控制器被适当地编程为将I/O卡用于拉曼控制。在DSC脉冲之后存在几毫秒的拉曼信号采集方面的延迟以允许DSC达到新的温度。这样，该系统有时间进行热稳定。拉曼系统中的快门花费小于5毫秒（ms）的时间来照亮样本。
在DSC信号的稳定化期间，使用≤1秒的至少2个扫描来采集拉曼数据。说明性地，推荐最少2个扫描以便从光谱中去除宇宙射线。用以采集数据的最小时间是～10 ms，说明性的量为0.5秒。在采集新拉曼信号之前需要约0.5～1秒来读取关联的CCD照相机（未示出）。换言之，在照相机的读取时间期间，没有激光照射样本。这提供了样本中的热稳定性，并且其导致激光功率对DSC读取的较少干扰。这将避免样本中的热斑的生成（热斑是在使用连续照射的情况下可能烧坏的激光照射的焦点）。该系统使用望远镜来将拉曼信号的焦点设置在距光纤25mm处并照射～200μm的光斑，这甚至更加降低局部烧坏的风险。用于在第二拉曼采集之后读取拉曼CCD照相机所花费的时间被用作稳定化时间，即由激光照射引入的能量的热弛豫，以避免激光在DSC信号中的任何干扰。
在随着DSC中的温度变化的3～4秒之后，DSC将开始采集数据。在DSC脉冲与开始DSC数据采集之间的此窗口期间，拉曼激光脉冲被输入且拉曼数据的采集可以开始。一旦采集了拉曼数据，则该系统被自动地设定并准备好，等待新的5v触发信号以开始下一次采集。控制器命令温度控制设备施加相应的热脉冲，发起等温时段，并在每个热脉冲之后触发一个或多个激光脉冲对样本的照射。
将这两个技术（DSC和拉曼）组合应用互补的技术来全部在一个实验中并仅使用一个样本观察并识别相变。DSC技术提供定量热信息和转变温度。拉曼光谱法是可在分子水平解释的。
前述说明已针对本发明的特定实施例。然而将显而易见的是可以对所述实施例进行其它变更和修改，获得其优点中的某些或全部。因此，所附权利要求的目的是将所有此类变更和修改覆盖在本发明的真实精神和范围内。
Claims (14)
1.一种用于研究样本的系统，包括：
差示扫描量热计，其具有：
器皿，其适合于包含所述样本，
热分析环境，其适合于容纳所述器皿，
温度控制设备，其被配置为在温度端点之间改变所述分析环境的温度，以及
热测量设备，其适合于查明相对于所述分析环境的热通量；
拉曼光谱法单元，其被配置为在所述温度端点之间生成所述样本的拉曼光谱，其具有检测器和适合于交替地照射和不照射所述样本的激光激励源；
子系统，其包括将所述拉曼光谱法单元与所述分析环境耦合的一个或多个光纤、包括被配置为将激光信号从所述激光激励源提供到所述分析环境中的样本的一个或多个光纤、以及被配置为将从所述分析环境中的样本散射的辐射传输至所述检测器的一个或多个光纤；以及
控制器，其被配置为向所述差示扫描量热计和拉曼光谱法单元发布命令，从所述差示扫描量热计和拉曼光谱法单元接收数据，防止在照射所述样本期间操作所述热测量设备，并生成表示仅在所述样本未被照射的时间期间获得的热数据的DSC曲线。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于所述系统还包括被配置为使来自光纤的激光聚焦到器皿中的样本上的透镜。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述差示扫描量热计是功率补偿的差示扫描量热计。
4.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述器皿具有对激光信号和从样本散射的辐射而言透明的盖。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于所述系统还包括传输器皿中的样本的图像的照相机。
6.根据权利要求1的系统，其特征在于所述系统还包括外壳，其包含所述分析环境，具有被对于激光信号和从样本散射的辐射而言透明的窗口封闭的孔。
7.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述器皿具有底板，该底板具有周界和与所述周界相比凸起的中心。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述器皿具有涂敷有金属纳米颗粒的底板。
9.一种用于研究样本的系统，包括：
功率补偿的差示扫描量热计，其具有：
器皿，其适合于包含所述样本，
热分析环境，其适合于容纳所述器皿，
温度控制设备，其被配置为在温度端点之间在连续的不同等温时段中改变所述分析环境的温度，以及
热测量设备，其适合于查明相对于所述分析环境的热通量；
拉曼光谱法单元，其被配置为在所述温度端点之间生成所述样本的拉曼光谱，具有检测器并具有适合于交替地照射和不照射所述样本的激光激励源；
第一光纤，其被配置为将来自所述激光激励源的激光信号耦合到所述分析环境中的所述样本上；
第二光纤，其被配置为将从所述分析环境中的所述样本散射的辐射耦合到所述检测器；以及
控制器，其将所述差示扫描量热计与拉曼光谱法单元耦合并被配置为命令所述拉曼光谱法单元仅在每个等温时段的第一部分期间照射所述样本，并根据由所述差示扫描量热计查明的热通量信息来生成DSC曲线。
10.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述控制器被配置为命令拉曼光谱法单元在两个不同的激光脉冲中照射样本。
11.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述差示扫描量热计被配置为在分析环境在先前的等温时段期间满足热稳定标准时发起新的等温时段。
12.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述控制器被配置为：
命令温度控制设备向分析环境施加相应的热脉冲，从而发起等温时段，以及
在每个热脉冲之后触发由一个或多个激光脉冲对样本的照射。
13.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述控制器被配置为防止在激光对样本进行照射以及后续时段期间收集热通量信息。
14.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述系统还包括被配置为使来自光纤的激光在具有大于200μm的直径的光斑中聚焦到样本上的透镜。
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