以质谱定量分析为突破点基础理论自主原创引领热分析技术变革

  工程热物理所与北京科技大学科研人员聚焦热分析表观检测信号与反应本征信息的物理关系本质，构建了符合反应客观规律的高维矢量热分析的基础理论与技术方法体系，并开发了反应过程气相组分实时产率分析仪。

  抢占国际科技制高点与发展新质生产力，既需要技术上的不断自主超越，更需源自基础科学领域的颠覆式创新，而两者的发展与国内科学分析仪器之间互为支撑关系，实际上科学分析仪器同样需要基础理论与技术创新。作为面向反应动态过程研究的主要科学分析手段，国内外热分析技术虽然历经二百余年的升级换代，且大范围的应用于各行各业的科学研究与实验分析，但是其仍以各类主观经验性的纯数学处理手段为主，其思维框架与“地心说”以表观信息定性定量推理类同，缺乏具有科学物理内涵的理论和方法体系支持。

  为此，中国科学院工程热物理研究所与北京科技大学科研人员以十多年潜心苦干的毅力，聚焦热分析表观检测信号与反应本征信息的物理关系本质，构建了符合反应客观规律的高维矢量热分析的基础理论与技术方法体系。矢量热分析在国际上首次采用具有物理内涵的矢量化逻辑，基于反应的化学计量关系矩阵与执行速率矢量等本征信息，建立了反应体系固液相总质量变化、全气相组分摩尔变化以及热力学等表观信号的多参数矢量联立方程，从理论层面彻底破解了表观检测信号与反应本征信息之间的实时多参数非线性映射关系。

  围绕反应本征信息构建表象与本质之间的关系，犹如从“地心说”过渡至“日心说”的思维革命，不仅实现了基础理论方面原始创新，消除了传统热分析技术固有的表观总包思维制约，也是矢量热分析自身持续核心竞争力与国际引领作用的力量源泉。

  在基础理论与思维方法突破后科研人员并未驻足徘徊，而是全心思考如何将原创理论演化为国家所急需的科技制高点与新质生产力，如何引领国内外热分析领域科学仪器的发展。

  在中国科学院科研仪器设施研制项目的资助下开发了反应过程气相组分实时产率分析仪，从技术原理上解决了质谱多输入多输出信号非线性映射和反应过程-质谱电离重排同步耦合两大世界性难题，实现了反应过程全气相组分的种类辨识及其实时摩尔质量变化率定量解析，其技术水平与品牌优势赢得国内外同行的高度认可，特别是相关行业世界领先的分析仪器厂家纷纷寻求技术合作，如德国耐驰公司（热分析仪器）、IPI公司（质谱设备）、日本理学公司（科学仪器）等。同时，质谱定量分析方法也助力国内的国防、医药、能源、化工等不一样的行业取得跨越式的应用探索。

  作为矢量热分析技术体系的关键环节，反应过程全气相组分的辨识与实时质量变化率定量分析为标定、测试、分析提供核心支撑，并形成完全自主的系列化知识产权。全气相组分实时质量变化率以高维数据融入矢量热分析理论后，不仅解决了传统热分析表观检测信号物理内涵缺失的问题，也实现了对实际复杂多重反应过程的以科学视角实施分析，避免了人为主观判断。正如“地心说”的视角虽然符合所有人的普遍思维，但是脱离“日心说”的客观科学视角。也正是这种基于物理内涵的科学视角，为矢量热分析未来创新发展提供了源源不断思想活力，矢量化手段与反应化学计量关系矩阵成为引入AI算法的底层物理逻辑，反应的矢量化计量将为摩尔量子计量奠定理论与技术基础。

  目前，近现代基础科学体系为西方国家所主导，而且在新时代世界各国都格外的重视科技发展，国内基础科学原始创新空间极小，科研人员更需要这份由“地心说”到“日心说”般自我思维革命的勇气与毅力。矢量热分析从理论到技术的发展过程，印证了科研人员秉持的矢志不渝、守正创新的科学精神，以及将国家科学技术创新发展的责任担当转化为敢于自我思维变革的勇气，如此在矢量热分析领域才能实现基础理论原创与技术完全自主知识产权，并在当前与未来深度科技竞争中持续保持核心竞争力，真正抢占技术制高点与发展新质生产力。（中国科学院工程热物理所夏红德）

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