发明创造名称：一种运用热重分析仪测定木质纤维素植物化学成分含量的方法
外观设计名称：
决定号：200855
决定日：2020-01-13
委内编号：1F278344
优先权日：
申请（专利）号：201610957153.4
申请日：2016-10-27
复审请求人：青岛大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：张瑞
合议组组长：杨莉莎
参审员：赵晓宇
国际分类号：G01N5/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件所公开的技术方案相比，具有区别特征，该区别特征没有被其他对比文件公开，也没有证据表明属于公知常识，而且该对比文件所公开该方案也没有给出进行改进的技术启示，则该权利要求的技术方案是非显而易见的，具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610957153.4、名称为“一种运用热重分析测定木质纤维素植物化学成分含量的方法”的发明专利申请（下称本申请），本申请的申请日为2016年10月27日，公开日为2017年01月11日，申请人为青岛大学。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年12月21日发出驳回决定，以本申请权利要求1-3不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定为由驳回了本申请，驳回决定引用如下2篇对比文件：
对比文件1：CN105203579A，公开日为2015年12月30日；
对比文件2：CN102539566A，公开日为2012年07月04日。
驳回决定所针对审查文本为：申请日提交的权利要求1-3项、说明书第1-95段、说明书附图1-4、说明书摘要以及摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种运用热重分析技术快速测定木质纤维素植物化学成分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，样品热重分析步骤：
(1)、分别取60个以上不同产地、不同生长期的植物品种作为待测样品；将采集到的待测样品分成两组：一组作为校正样品集，另一组作为验证样品集；其中，校正样品集的样品数量与验证样品集的样品的数量比为4︰1；
(2)、分别将上述校正样品集的各样品与验证样品集的各样品在105℃下烘干4h以上至绝干；然后，将样品粉碎，过40目筛，得到各样品的粉末；
分别称取各样品的粉末20mg，放入热重分析仪中进行热重分析，自室温20℃开始，以5℃/min进行升温至900℃，停止升温，并使用液氮降温，逐一得到所有校正样品集的样品与验证样品集的样品各自的粉末热重分析曲线；
第二步，样品湿化学分析步骤：
对所有校正样品集的样品与验证样品集的样品各自的木质素、综纤维素进行测定；并对测定完综纤维素后的样品的半纤维素进行测定，得到样品的木质素、半纤维素和纤维素含量参考值；
第三步，热重曲线结合样品参考值建立模型的步骤：
将采集到的校正样品集热重曲线，使用热重分析软件进行基线扣除、一阶导数预处理，得出包含校正样品集中样品化学成分含量的特征信息的预处理热重曲线；
然后，将所测得的木质素、半纤维素和纤维素含量数据与校正样品集中的预处理热重曲线数据相结合，采用偏最小二乘法建立校正模型；
第四步，模型验证步骤：
将得到的验证样品集原始热重曲线数据，进行上述第三步相同预处理后，将预处理热重曲线数据输入校正模型中，得出验证样品集预测值，并与利用湿化学分析法测定的验证样品集中植物化学成分含量对照，对校正模型进行验证，判定验证样品集是否为校正范围之外的界外点。
如验证样品集不含有界外点，说明模型已经完善，不需优化；如含有界外点，加入界外点重新按校正模型建立步骤重新建立校正模型，对校正模型不断完善，优化和检验校正模型的性能，循环优化各建模参数，最终确定最佳的参数，使得模型验证集样品预测值与化学分析值一致，得到最优模型；
第五步，样品预测步骤：
将待测植物样品粉碎，经热重分析得到热重曲线数据，分析的条件和方法与获取校正样品 集的热重曲线的条件和方法相一致，对热重曲线数据进行预处理后，代入到校正模型中，即得到该样品的化学成分含量值，其中，热重曲线预处理方法与校正样品集的热重曲线预处理相一致。
2. 根据权利要求1所述的运用热重分析技术快速测定木质纤维素植物化学成分含量的方法，其特征在于，所述的木质纤维素植物为木材、麻类植物或秸秆。
3. 根据权利要求1或2所述的运用热重分析技术快速测定木质纤维素植物化学成分含量的方法，其特征在于，采用美国可再生能源国家实验室的分析方法对样品的木质素进行测定；
采用国家造纸标准：GB 02677.10-1995-T造纸原料综纤维素含量的测定，对样品的综纤维素进行测定；
对测定完综纤维素后的样品，采用国家纺织标准：GB5889-86苎麻化学成分定量分析方法，对样品的半纤维素进行测定，得到样品化学成分含量参考值。”
驳回决定认为：本申请独立权利要求1与对比文件1的区别特征在于：权利要求1要求保护的快速检测方法具体使用热重分析技术，使用植物样品作为校正样品集建立校正模型，且权利要求1的模型建立、模型验证及样品预测的步骤与对比文件1略有不同，对于上述区别技术特征，对比文件1中公开了利用热重分析、差示量热扫描来建立厌氧热参数与植物木质素含量的关系，且建立了吸热焓值与木质素含量的定量关系，本领域技术人员容易想到采用热重方法来进行木质素含量的分析，对比文件2公开了一种近红外光谱技术快速测定盾叶薯蓣中薯蓣皂苷含量的方法，其公开了具体的建模过程，本领域技术人员容易想到将对比文件2的建模方法应用于对比文件1中，因此，权利要求1相对于对比文件1、对比文件2和公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人青岛大学（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年04月04日向国家知识产权局提出了复审请求，未对申请文件进行修改。
复审请求人认为：1、对比文件1公开了植物生物质木质素含量的热分析测定方法，但采用的技术手段与本申请并不相同；2、对比文件1使用DSC图谱450oC-500 oC为起点和终点，进行木质素含量的分析，未考虑其他化学组分的影响，常规的热重分析不能对木质纤维素织物进行化学成分的直接定量，本申请创造性引入二次计量方法进行分析；3、对比文件1未使用热重进行含量的分析，其建模方式为经验公式计算，其与本申请通过化学计量学进行二次关联分析计算方法不同；4、对比文件1的经验公知，是一种直觉测试方法，其他的化学成分均没有经验公式来计算相应含量，本领域技术人员不存在运用热重分析加建模的手段以测定木质素含量的动机；5、对比文件2公开了一种运用近红外光谱技术快速测定盾叶薯蓣皂苷含量的方法，虽然公开类似于本申请的建模方法，但是应用的领域与本申请不同，建模手段是与近红外光谱相结合以快速测定盾叶薯蓣皂苷含量，对比文件2没有结合启示，因此权利要求1-3具有创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年04月18日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为，1）对比文件1虽未直接采用热重分析数据建模，但对比文件1公开的基于DSC反映的焓值变化测定生物质中木质素含量的技术方案旨在解决现有木质素检测步骤繁琐、操作复杂等问题，还记载了“针对生物质热解问题更深入的定量研究为热分析定量检测天然有机质提供了理论依据”（参见说明书第0005段）。即对比文1给出了通过热分析方法对木质素等天然有机质进行定量检测的启示，本领域技术人员能够根据实际需要选择其他的热分析方法进行天然有机物的定量检测。其次，本领域技术人员能够知晓现有技术中针对生物质热分析的研究现状，如参考文献1（烟草废弃生物质热解实验研究，何明会等，科技创新与应用，2016年第20期，第3-5页，2016年7月31日）具体公开了采用热重分析方法进行烟梗、烟杆、玉米秸秆的热解试验，结果表明，木质素热解温度比纤维素、半纤维素高，由于不同生物质中半纤维素、纤维素和木质素的含量和矿物质含量不同导致热重曲线峰值温度不同、拐点不同；参考文献2（生物组分对生物质与煤混烧特性影响的实验研究，王泉斌等，中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文集上，2007年12月31日）具体公开了锯末、稻草与煤的热重试验，结果表明样品中纤维素与木质素含量的差异会导致样品失重速率和程度的改变，当燃烧温度升高到800℃以上时，样品失重程度与其中的木质素含量呈正比；参考文献3（纤维素和木质素含量对稻草、锯末热解及燃烧特性的影响，陈永辉等，能源工程，2009年第1期，2009年12月31日）具体公开了木质素含量较高的导槽，热解速率慢，失重缓慢。即现有技术公开了生物质的热重曲线的失重速率、失重程度、失重温度区间等参数能够反映出其中纤维素、木质素的含量情况，即通过热重数据分析生物质中纤维素、木质素的含量是可行的，本领域技术人员在对比文件1的启示下，采用热重分析替代DSC分析对木质素进行定量检测是常规选择，无需克服技术上的障碍。另外，参考文献4（油棕废弃物热解的实验及机理研究，杨海平，中国优秀博硕士学位论文全文数据库 （博士） 工程科技Ⅰ辑，B027-8，2006年5月15日）公开了生物质热解和主要组份的模拟预报方法，将纤维素、半纤维素、木质素按不同比例组成合成物质，对他们的热解特性作了全面分析，根据热重曲线中不同温度段的重量损失建立了对三种组份的含量进行估计计算的模型（参见第56-65页），即现有技术公开了基于热重数据建立模型进行木质素等含量分析的方法，这与本申请的构思是相同的。2）对比文件1采用经验公式计算木质素含量的过程中同样结合了标准有机物质厌氧条件慢速热解的参数数据，即对比文件1公开的测定方法同样是一种模型建立方法，也是一种二次分析方法，只是其建模的计算过程与本申请不同，还包括验证模型的步骤。如申请人陈述中所说，对比文件2公开了与本申请相同的建模及计算方法，还公开了验证模型的步骤，虽然其检测对象与本申请不同，但这种“实验-计算-建模-验证模型-使用模型进行未知样品分析”的研究方法是本领域常用的，在对比文件1公开内容的基础上，本领域技术人员能够根据实际需要选用这一方法基于热重数据进行建模，并用于对其他化学成分，如纤维素、半纤维素的检测，其效果也是可以预期的。因此，权利要求1-3不具备创造性，坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，依法作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
在复审程序中，复审请求人未提交申请文件的修改文本，因此：
本决定以申请日即2016年10月27日提交的权利要求第1-3项、说明书第1-95段、说明书附图1-4、说明书摘要、摘要附图为基础作出。
2、关于本申请是否符合专利法第22条第3款的问题
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件所公开的技术方案相比，具有区别特征，该区别特征没有被其他对比文件公开，也没有证据表明属于公知常识，而且该对比文件所公开该方案也没有给出进行改进的技术启示，则该权利要求的技术方案是非显而易见的，具备创造性。
具体到本案，独立权利要求1要求保护一种运用热重分析技术快速测定木质纤维素植物化学成分含量的方法。对比文件1公开了一种植物生物质木质素含量的热分析测定方法的方法，包括以下步骤： (1)植物生物质样品的制备：采集的植物样品按照不同部位分类，在80～100℃杀青1～2h，并且在50～70℃彻底干燥11～13h，研磨，过16～20目筛，然后密封保存于阴凉干燥处；(2)天然植物生物质厌氧条件慢速热解高温段(高于350℃)表征参数标准：采用热重分析(TGA)、差式量热扫描(DSC)测试植物生物质在N2氛围、慢速升温条件下的热解过程，对比标准有机物质参数，确定天然植物生物质样品厌氧条件下慢速解热过程的高温段(高于350℃)表征标准；(3)植物生物质样品DSC扫描实验：将10mg经过预处理的植物样品置于标准样品盘之中，由差式量热扫描仪进行热分析获取DSC图谱；(4)DSC图谱解译，获取热指标：以450℃～500℃为起点和终点，对DSC曲线第五个吸热特征峰进行积分，获取峰面积，及木质素特征峰的吸热焓值；(5)木质素计算：基于吸热焓值利用经验公式计算木质素，Lignin(％)＝-1.398F5 16.767。
将本申请独立权利要求1的技术方案与对比文件1公开的上述方案相比：对比文件1中的木质素相当于本申请的木质素，对比文件1中的“采用热重分析(TGA) 测试植物生物质在N2氛围、慢速升温条件下的热解过程”相当于本申请的“放入热重分析仪中进行热重分析”。
可见，本申请权利要求1的方案与对比文件1的技术方案相比，两者之间的区别技术特征如下：运用热重分析技术测定木质纤维素植物化学成分含量，具体的热重分析、样品湿化学分析、建模及验证模型、样品预测的步骤，即：第一步，样品热重分析步骤：
(1)、分别取60个以上不同产地、不同生长期的植物品种作为待测样品；将采集到的待测样品分成两组：一组作为校正样品集，另一组作为验证样品集；其中，校正样品集的样品数量与验证样品集的样品的数量比为4︰1；
(2)、分别将上述校正样品集的各样品与验证样品集的各样品在105℃下烘干4h以上至绝干；然后，将样品粉碎，过40目筛，得到各样品的粉末；
分别称取各样品的粉末20mg，自室温20℃开始，以5℃/min进行升温至900℃，停止升温，并使用液氮降温，逐一得到所有校正样品集的样品与验证样品集的样品各自的粉末热重分析曲线；
第二步，样品湿化学分析步骤：
对所有校正样品集的样品与验证样品集的样品各自的木质素、综纤维素进行测定；并对测定完综纤维素后的样品的半纤维素进行测定，得到样品的木质素、半纤维素和纤维素含量参考值；
第三步，热重曲线结合样品参考值建立模型的步骤：
将采集到的校正样品集热重曲线，使用热重分析软件进行基线扣除、一阶导数预处理，得出包含校正样品集中样品化学成分含量的特征信息的预处理热重曲线；
然后，将所测得的木质素、半纤维素和纤维素含量数据与校正样品集中的预处理热重曲线数据相结合，采用偏最小二乘法建立校正模型；
第四步，模型验证步骤：
将得到的验证样品集原始热重曲线数据，进行上述第三步相同预处理后，将预处理热重曲线数据输入校正模型中，得出验证样品集预测值，并与利用湿化学分析法测定的验证样品集中植物化学成分含量对照，对校正模型进行验证，判定验证样品集是否为校正范围之外的界外点。
如验证样品集不含有界外点，说明模型已经完善，不需优化；如含有界外点，加入界外点重新按校正模型建立步骤重新建立校正模型，对校正模型不断完善，优化和检验校正模型的性能，循环优化各建模参数，最终确定最佳的参数，使得模型验证集样品预测值与化学分析值一致，得到最优模型；
第五步，样品预测步骤：
将待测植物样品粉碎，经热重分析得到热重曲线数据，分析的条件和方法与获取校正样品 集的热重曲线的条件和方法相一致，对热重曲线数据进行预处理后，代入到校正模型中，即得到该样品的化学成分含量值，其中，热重曲线预处理方法与校正样品集的热重曲线预处理相一致。
基于上述区别技术特征可以确定，权利要求1实际解决的技术问题是：能够使用热重分析及建模来对木质纤维素植物中的木质素、半纤维素和纤维素含量进行快速测定。
对于上述区别技术特征，合议组认为：对比文件1中虽然使用了热重分析，但是其是使用热分析中的DSC图谱，通过经验公式进行木质素计算，其热重分析是为了确定天然植物生物质厌氧条件慢速热解高温段表征参数标准，并不是利用热重分析来确定木质素的含量，并且，对比文件1只利用差示量热分析的图谱及经验公式计算了单一木质素含量，不能对纤维素、半纤维素的含量进行定量测定，也就不需要通过湿化学分析的方法来分别测定样品中木质素、半纤维素和纤维素的含量，其没有进行湿化学分析样品的动机，因此，不存在上述区别中进行具体建模和验证模型的动机；权利要求1的技术方案，通过湿化学分析来对各组分的含量进行定量，从而对热重分析的模型进行验证，可以达到通过热重分析来准确得到木质素、半纤维素、纤维素三种组分含量的技术效果，提高了测试的工作效率。虽然对比文件2公开了类似于区别技术特征中的建模方法，但是，对比文件2中建模的目的是为了通过湿化学分析的方式确定各组分的含量后，对模型进行验证，从而定量得到各组分的含量，由于对比文件1中没有给出对样品进行湿化学分析的启示，本领域技术人员没有动机到将对比文件2中的建模方法应用于对比文件1中，以对木质素、半纤维素和纤维素的含量进行测量，并且目前也没有证据表明上述区别技术属于公知常识。
综上所述，本领域技术人员在对比文件1、2的基础上不能获得相关的技术启示以得到权利要求1请求保护的技术方案，因此，权利要求1相对于对比文件1、对比文件2以及本领域的公知常识的结合具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求2-3是独立权利要求1的从属权利要求，在独立权利要求1具备创造性时，权利要求2-3也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
综上，本申请的权利要求1-3具备专利法第22条第3款规定的创造性。
对于原审查部门的前置审查意见，合议组认为：（1）对比文件1虽然使用了热分析的手段，但是其利用的是差示量热分析，而不是热重分析进行木质素的测量，并且，对比文件1中也无法对纤维素、半纤维素等物质的含量进行测量，也就没有进行湿化学分析样品的动机，因此也没有进一步进行建模的动机及启示。尽管前置审查意见中给出了多篇参考文献，但是上述参考文献仅仅说明了对生物质热分析中使用热重分析是常用的，这些文献都未说明在热重分析过程中进行湿化学分析后进行建模的过程，也未给出通过热重分析可以准确测量多种木质素组分含量的技术启示；（2）对比文件1中的经验公式是一种模型，但是，其并不是一种二次分析方法，其不涉及湿化学分析这一过程。对比文件2虽然公开了类似的建模思路，但是，由于对比文件1不存在湿化学分析样品的动机，本领域技术人员无法想到将对比文件2的建模方法应用于对比文件1中。因此，对比文件2与对比文件1并不存在结合启示。综上，上述证据的组合方式不影响权利要求1-3的创造性。
基于上述事实和理由，本案合议组依法作出下述审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年12月21日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所依据的文本的基础上对本发明专利申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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