熱重量・示差熱同時測定装置　TGA/DSC3+

TGA/DSC 3+ STARe システム Innovative Technology Versatile Modularity Swiss Quality 熱重量・示差熱同時測定装置 for Unmatched Performance Thermal Analysis Premium

天びんのマーケットリーダーが提供する 比類ないTGAパフォーマンス 熱重量測定装置（TGA）は昇降温または等温時におけるサンプルの重量変化を測定し、 主に物質の熱分解特性の解析などに使用されます。 プラスチック、エラストマー、熱可塑性樹脂、ミネラル化合物、セラミックスなど、 一般化学から製薬まで幅広いアプリケーション分野で応用されています。 TGA/DSC 3+の特長： ■ メトラー・トレドのウルトラミクロ天びん - 天びん技術のマーケットリーダーが提供する熱天びん ■ 5g 天びんの非常に低い最小重量 - サンプルを正しく精密に測定 ■ 比類なき性能 - すべての測定範囲でサブマイクログラムの分解能 ■ 広い測定温度範囲 - 室温から1600℃までの測定に対応 ■ DSC同時測定 - 熱的な現象を同時に検出 ■ ガスフローコントローラ内蔵 - 設定した雰囲気で サンプルを測定 ■ TGA-FTIR、TGA-MS、TGA-GC/MSシステム対応 - FTIRやMSを 用いて発生ガスを分析 ■ モジュラーコンセプト - 現在および将来の要求を 満たすために メトラー・トレド最高の製品ラインであるウル トラミクロ天びんを搭載したTGAシステムは重 量校正用に2個の内部基準分銅を搭載し、傑 出した天びん精度を保証します。 2 TGA/DSC Premium

独自のセンサ技術 MultiSTAR® TGA/DSCセンサ TGA/DSC 3+の心臓部 TGA/DSC 3+は重量変化データに加えてDSCカーブを得る ことができます。 センサは下記の3つからお選びいただけます。 SDTAセンサ プラチナ製のサポートとサンプル直下に備え付けられた 熱電対で正確なサンプル温度を実測します。 DTAセンサ プラチナ製のサポートを使用し、サンプルとリファレンス の温度差を同時に測定します。 メトラー・トレド天びん技術の真髄 同一センサ上の示差熱同時測定はS/N比の改善に寄与し TGA装置の心臓部は天びんです。 ます。 メトラー・トレドのTGAには自社の世界最高級ミクロ天 DSCセンサ びんまたはウルトラミクロ天びんが搭載され、その内 セラミック製サポートに内蔵された6個の熱電対により 部には2個の内部基準分銅を設け、自動校正がなされ サンプルとリファレンスの温度を同時測定します。 ます。 常に天びんが校正された状態でTGAをご使用いただく ことにより類まれなひょう量精度を実現しました。ま た、外部分銅を利用した天びん校正も可能です。 MultiSTAR® センサ増幅テクノロジー DSCセンサの基本技術としてメトラー・トレド独自のMul- tiSTAR® センサ増幅テクノロジーが搭載されています。 埋め込まれた6個の熱電対が大きな測定シグナルを生み 出し、S/N比を大幅に改善します。 これら3タイプのセンサにより得られた温度差から標準 物質により校正されたヒートフローが決定されます。 簡単なセンサ交換 各センサは簡単に取り外しが可能で、交換やクリーニン グが容易に行えます。 高温測定精度 サンプル温度はサンプルパンホルダに設置された温度センサにより±0.25℃ の精度で直接計測されます。 TGA/DSC 3+の温度校正には不明確なキューリー温度の代わりに正確な標準 物質の融点が使用できます。 3

TGA/DSC 3+標準システムの ハイパフォーマンス 水平型ファーネス 水平型ファーネス設計は温度上昇に 伴う浮力やパージガスによる対流の 影響を最小限に抑えます。 ファーネス内の環境 測定環境に伴う明快な情報や良質な 結果を得るためには、正確にコント ロールされた空間が不可欠です。 TGA/DSC 3+のガスタイト設計によ り、設定したパージガス環境は確実 に 人間工学に基づいた設計 ピンセットでサンプルを投入する際 に手を休めるハンドレストが備え付 けられています。 これにより安全にサンプル投入が 行えます。 ルーチン測定を素早く開始 One ClickTM 機能では、装置のタッチ スクリーンから、安全に簡単に事前 に設定した測定を実行することがで きます。これによりルーチン測定が 非常に容易になります。 4 Swiss Quality

フルラインアップ 熱分析システム 4つの熱分析技術（TGA/ DSC/TMA/DMA）を駆使すTGA ることにより、サンプルのキ ャラクタリゼーションが可 能です。 以下のそれぞれの結果を組 DSC み合わせ、データ解析を容 易にします。 TGA：重量変化 DSC：熱流速、反応熱量 TMA：長さの変化、線膨張率 DMA：弾性率変化 Flash DSC これらの測定手法により温 度や時間に伴うサンプルの 変化量を測定します。 TMA DMA サービスサポートシステム メトラー・トレドは優秀な装置を提供し続けることに誇りを持っています。 またサービスサポートシステムはユーザーにとって重要な要素です。 弊社の技術サービス員及び営業技術員は十分に専用トレーニングを受けており下記のお客様のご要望に応えます。 • 装置のメンテナンス及び一般サービス • 装置のキャリブレーション・調整 • アプリケーションサポート • 適格性試験・装置校正・保守契約などのサービス 5

フル測定温度レンジをカバーする 優れたパフォーマンス パラレルガイド型天びん TGA/DSC 3+に搭載された天びんは パラレルガイド型を採用しています。 これによりサンプルのポジションに よるひょう量への影響や試料融解時 などの天びんノイズが起きません。 優れたひょう量パフォーマンス TGA/DSC 3+は5000万ポイントの高 分解能でひょう量できます。 温度範囲、サンプルの大小にかかわ らず0.1μg単位の重量変化を得るこ とができます。 ⑦ ⑨ ① ⑤ ② ③ ⑧ ④ ⑥ - 恒温天びんチャンバ 断面図　　　　　　　　　　5 ファーネスヒータ 循環恒温槽を用いて天びん室を恒温 1 整流板　　　　　　　　　6 ファーネス温度センサ 2 反応ガス用キャピラリ　　 7 内部基準分銅 化しています。循環恒温水はさらに 3 ガスアウトレット　　　　 8 保護ガス、パージガス用ガスコネクタ ファーネスの水冷にも使用され、冷 4 サンプル温度センサ　　　9 恒温天びんチャンバ 却速度の効率化に寄与しています。 6 Innovation

確実な終夜運転が可能な フルオートメーションシステム サンプルロボットは極めて堅牢で 常に確実な運転を行います。 自動化による効率アップ TGA/DSC 3+はサンプルロボットによ りオートメーション化が可能です。 最大34検体のサンプルをセット可能 で違う測定条件、または違うサンプ ルパンであっても対応できます。 自動ひょう量機能 TGAの内部天びんとサンプルロボッ トのコンビネーションにより、セミオ ートまたはフルオートひょう量が可能 です。 はじめに空のサンプルパンを自動ひ ょう量します。 その後サンプルをパンの中に入れ、 測定を開始すると自動ひょう量の 特長 後、測定がスタートします。この様に ■ 34検体の測定が可能 – 測定の効率が飛躍的に向上 非常に簡単な操作でウルトラミクロ ■ シンプルで丈夫なデザイン – 高い信頼性を保証 天びんによるサンプル計量が可能で ■ 測定前の自動開孔機能 – 密閉シールされたサンプルパンを測定直前に開孔可能 す。 ■ ユニバーサルグリッパ – メトラー・トレドのすべてのサンプルパンに対応 - 測定開始までサンプルを保護 TGA/DSC 3+のサンプルロボットはアルミニウムで密閉シールされたサンプル を測定直前の開孔機能によって保護できます。 この機能により、水分などの揮発成分による重量減少を防ぐ効果や酸素に対 して活性がある試料を測定直前まで保護することが可能です。 7

将来性のある モジュラーデザイン ファーネスサイズと 温度範囲の選択性 サンプルが大容量な場合、大型のフ ァーネスを採用することにより最大 900μlのサンプルパンが使用できま す。 センサ 小型ファーネス 大型ファーネス 高温用ファーネス （1100 °C） （1100 °C） （1600 °C） SDTA • • • DTA • • DSC • • 高い温度精度 小型ファーネスはファーネスの容量 を小さくデザインすることにより高い 温度精度を誇ります。サンプルパン は最大100μlまで使用できます。 雰囲気の最適化 マスフローコントローラ(MFC)内蔵ガ ス供給ユニットおよびサンプル近傍 へのガスラインは、TGA/DSCの標準 仕様です。これにより特定の雰囲気 中で、正確で再現性のよい分析がで き、測定中に反応ガスの切り替えも できます。 仕様の選択性 TGA/DSC 3+は下記の組み合わせにより装置構成されます。 また将来的にアップグレードも可能です。 - Balances EGA Sorption GC 301 GC 401 Option → required option XP1 XP1U XP5 XP5U (MS, FTIR, gas control- gas controller GC/MS) ler TGA/DSC 3+ (小型ファーネス 1100 °C) • • • • • 標準 オプション TGA/DSC 3+ (大型ファーネス 1100 °C) • • • • • • 標準 オプション TGA/DSC 3+ (高温用ファーネス 1600 °C) • • • • • • 標準 オプション Peripheral control 必須 必須 Sample Robot no additional options required • = 選択可能 8

測定の可能性を拡げる 主なアクセサリ 発生ガス測定 すべてのTGA/DSC 3+で、質量分析装 置、FT-IR、GC/MSシステムを接続する ことができます。分解時の発生ガス を分析することで、サンプルのさらな る知見が得られます。また、解析の 確かさが向上します。詳細について は、EGAデータシートをご参照くださ い。 TGA-MS測定用インターフェイス TGA-FTIR測定用インターフェイス 湿度TGA測定 TGA/DSC 3+は湿度発生装置の接続 がほんの数分で行えます。 湿度TGA測定では温度と相対湿度条 件によるサンプルへの影響が明確に わかります。 湿度TGA測定用インターフェイス - 幅広いアプリケーションをカバーするサンプルパン メトラー・トレドは様々な材質のサンプルパンを用 意しています。 また容量は20μl～900μlまで取り揃えています。 銅 アルミニウム アルミナ 全てのサンプルパンはTGA/DSC 3+のサンプルロボ ットで使用可能です。 サファイア 金 プラチナ 9

TGA/DSC 3+の幅広いアプリケーション TGA測定は様々な物質の分解や温度安定性を量的な情報として与えます。 測定も速く、かつ少量のサンプルでも対応できます。 DSCはサンプルの重量とサンプルの 熱流速を同時測定することにより、 融解やガラス転移、固相-固相転移な ど重量変化を伴わない反応や転移 にも情報を与えます。 DSCシグナルにより転移温度や反応 熱量の決定に対して定量的な解析 が可能です。 またTGA/DSC 3+はガス環境に伴っ た物理的変化や化学反応の特性を 正確に捉え、多目的なツールとして 使用できます。 研究開発から品質管理まで幅広いア プリケーションに価値のある情報を 生み出します。 TGA/DSC 3+によるアプリケーション例 TGA DSC • 吸着および脱着 • 融解 • サンプル中の各含有量（水分・フィラー・ポリマー分率など） • 結晶化 • 分解反応の予測 • 結晶多形 • 昇華反応や気化反応 • 相図の作成 • 熱安定性 • ガラス転移 • 酸化反応及び酸化安定性 • 反応予測 • 分解生成物や溶媒・化合物の識別 • 比熱 • 湿度環境による吸水・脱水 • 反応熱量 • 擬似多形 • 硬化温度の決定 10 Application Power

セメント中の石灰含有量の決定 セメント中に緩結剤として使用されている 石灰分CaSO4・2H2Oの2水和物及び0.5水和 物の比率をTGAにより決定しました。 この2つの水和物は50μlのピンホールをあ けた密閉サンプルパンを使用することによ り測定ができます。 TGA測定カーブは2水和物及び0.5水和物に 相関する2つの明確な重量減少（脱水）を示 しました。 左図の通り、重量減少量は1次微分カーブ （DTG）のピーク面積を計算することにより 容易に決定することができます。一般的に 2水和物と0.5水和物の含量はこの手法によ り行われています。 SBRゴムの成分分析 ゴムを600℃まで加熱すると揮発性の成分 （可塑剤やオイルなど）に伴う減量と400℃ 以降でポリマーの熱分解が確認されます。 600℃でガスを切り替え、酸素を流通するこ とによりカーボンブラックの燃焼が起き、そ の後、残渣として無機質が残ります。 このSBRは約6.4％の可塑剤と68.2％のポリ マー及び21.8％のカーボンブラックが含ま れていることがわかります。また、残渣物 （主に酸化亜鉛）が3.6％であることも確認 されました。 石灰の熱分析 CaSO4・2H2Oは300℃以下で結晶水を失い ます。 また不純物として含まれる炭酸カルシウム が700℃で分解し、その後1200℃以降で硫 酸カルシウムの熱分解が段階的に生じま す。 DSCの同時測定データにより390℃の固相- 固相転移と1236℃のγ-CaSO4（無水Ⅲ）か らβ -CaSO4（無水Ⅱ）への転移及び1400℃ 付近でβ-CaSO4（無水Ⅱ）からα-CaSO4（無 水Ⅰ）への転移がシャープな吸熱ピークとし て観察されました。 11

カオリナイトの測定 カオリンは白色の天然物で、紙産業などで プラスチック中のフィラー剤としてまた磁器 の材料として使用されます。 カオリンの主な構成物カオリナイト Al2Si2O5(OH)4は450℃～600℃で構造水の 脱水が生じます。この結果はTGAカーブの結 果で重量減少が確認できます。 例として、カオリナイト含量の異なる3つの カオリンを測定した例を左図に示します。 カオリンAのDSCカーブは575℃の小さなピ ークが示されています。 このピークはαクオーツからβクオーツへの 固相-固相転移に由来しています。 また1000℃の発熱ピークはムライトの形成 を示しています。 オイルの蒸発減量 ASTM D 6375のノアック試験は特定温度に おける参照オイルと潤滑油の揮発による減 量値を比較することにより評価されます。 手順は図に示されている通りですが、参照 オイルは11.9分で重量減少は10.93％でし た。 テストオイル（合成油）は同じ時間で8.8％ の重量減少が確認されました。 このサンプルのノアック値はこの結果8.8％ であることがわかります。 この測定はオイルの蒸発特性を速く且つ信 頼性高く測定できる手法として利用されて います。 医薬品の残留溶媒 多くの医薬品は溶媒により再結晶化しま す。 その結果、製品には残留溶媒が残ります。 溶媒の特定はTGA-MSの様なハイフネイテッ ドテクニックを使用することにより可能で す。 例としてメタノールとアセトンが活性物質の 再結晶化に使用されている試料を測定した データを示します。 2つの成分m/z43とm/z31のフラグメントイ オンがMSの同時測定データにより確認され ました。この結果は200℃の重量減少がほ とんどアセトンに伴っていることを示してい ます。 12

温度と熱量のキャリブレーション 温度と熱量のキャリブレーションには通常 標準金属が使用されます。 金とパラジウムはTGA/DSC 3+の最高温度 （1100℃/1600℃仕様）付近のキャリブレ ーション物質として使用できます。 強磁性の金属のキューリー温度も同様にキ ャリブレーションに使用できます。 しかしながらキューリー温度は標準金属の 融点に比べ不明確な為、推奨はできませ ん。 高分解能MaxRes測定 （自動昇温速度調整機能） MaxRes測定を使用すると重量減少の度合 いに伴って自動的に昇温速度が変化しま す。 これによりオーバーラップした重量減少効 果を出来るだけ短い時間で分離することが 可能です。左図は硫酸銅5水和物の脱水和 過程の測定例です。 毎分25℃の測定においてはじめの2つの重 量減少は十分に分離されていません。 MaxResを使用することにより毎分5℃で測 定した結果と同様に明確な分離ができまし た。 この様にMaxResは測定時間を短く、かつ高 分解能な測定が可能な手法として利用でき ます。 エラストマー中の可塑剤含量の決定 オイルはエラストマー中の可塑剤として使用 されています。 たいていの場合オイルの揮発はエラストマ ーの分解開始温度と同じ温度レンジで発生 するためオイル含量の決定は難しいとされ ています。 このようなケースではエラストマーを減圧下 で測定することにより分離が可能です。 オイルを含んだSBRと含まないSBRを測定例 として示します。 測定環境は常圧下と12mbarで行いました。 環境圧力は非常に大きな影響を示し、オイ ルを含んだSBRにおいてオイルの揮発と分 解がほぼ十分に分離されていることがわか ります。 13

ウェビナーのご紹介 メトラー・トレドのインターネットセミナー メトラー・トレドでは、ライブおよびオンデマンドのインターネットセミナーを幅広く提供して います。成功事例、そして適用例や製品、業界動向および標準に関する最新情報を随時更新 しております。 インターネットに接続したパソコンやタブレット端末があれば場所や時間を問わず受講が可 能です。皆様の業務に役立つ情報をお届けしておりますので、ぜひ一度ご覧くださいませ。 www.mt.com/webinars ※一部日本語でないものもございます。 14 Webinar Introduction

ラボライブラリのご紹介 研究室向けオンラインライブラリ 研究者向けのオンラインライブラリがオープンいたしました。ラボライブラリでは、計測およ び計量のノウハウに関する様々な情報を無償で提供しております。 ■ 計測 /計量ガイドブックやハンドブック ■ ビデオ ■ ウェビナー ■ ホワイトペーパー ■ アプリケーションノート ■ ポスター（例　計量のヒントとコツ　ポスター） こちらでご覧いただけます　www.mt.com/labguides 15 LAB Library

TGA/DSC 3+ 仕様 温度関連データ 小型ファーネス（SF） 大型ファーネス（LF） 高温用ファーネス（HF） 測定温度範囲 RT…1100 ℃ RT…1100 ℃ RT…1600 ℃ 温度精度 1) ± 0.25 K ± 0.3 K ± 0.5 K 温度再現性 1) ± 0.15 K ± 0.2 K ± 0.3 K ファーネス温度分解能 0.001 K 0.001 K 0.002 K 昇温時間 5 min (RT…1100 ℃) 10 min (RT…1100 ℃) 10 min (RT…1600 ℃) 冷却時間 20 min (1100…100 ℃) 22 min (1100…100 ℃) 27 min (1600…100 ℃) ヘリウムによる冷却時間 ≤10 min ≤11 min ≤13 min (1100…100 ℃) (1100…100 ℃) (1600…100 ℃) 最大昇温速度 2) 250 K/min 150 K/min 100 K/min 最大冷却速度 2) –20 K/min (≥150 ℃) –20 K/min (≥150 ℃) –20 K/min (≥200 ℃) 最大サンプル容量 ≤100 µL ≤ 900 µL ≤ 900 µL オプション関連 オートサンプラ MaxRes測定 オプション有り TGA-MS, TGA-FTIR, TGA-GC/MS 減圧測定 >10 mbar >10 mbar >10 mbar TGA sorption オプション無し オプション有り 天びん関連データ XP1 XP1U XP5 XP5U 測定レンジ ≤1 g ≤1 g ≤5 g ≤5 g 分解能 1.0 µg 0.1 µg 1.0 µg 0.1 µg 重量正確性 0.005% 0.005% 0.005% 0.005% 重量精密性 0.0025% 0.0025% 0.0025% 0.0025% 再現性 <0.001 mg <0.0008 mg <0.002 mg <0.0009 mg 最小計量（代表値） 3) 0.19 mg 0.16 mg 0.22 mg 0.17 mg 最小計量 USP(代表値） 3) 4) 1.9 mg 1.6 mg 2.2 mg 1.7 mg 内部校正分銅 2 ブランクカーブ再現性 全温度範囲で±10μg以下の再現性 熱量関連データ センサ センサの種類 SDTA DTA DSC 材質 プラチナ プラチナ セラミックス 熱電対の数 1 2 6 時定数（900℃） 15 s 14 s 14 s 感度 0.5 mW 0.2 mW 0.1 mW 温度分解能 0.005 K 0.0001 K 0.00003 K エンタルピー再現性（標準偏差） 5%以下 サンプリング 最速データサンプリング間隔 0.1秒 Approvals Safety IEC/EN61010-1:2001, IEC/EN61010-2-010:2003 EMC　EN61326-1:2006 (Industrial environments) CAN/CSA C22.2 No. 61010-1-04 & -2-010 　　　EN61326-1:2006 (class B) UL Std. No. 61010-1 (2nd Edition) 　　　AS/NZS CISPR 11, AS/NZS 61000.4.3 1) based on metal standards 3) depends on instrument environment and condition 2) depends on instrument configuration 4) USP = United States Pharmacopeia www.mt.com/tga-dsc For more information メトラー・トレド株式会社 代理店名 ラボラトリー事業部　熱分析プロダクトチーム TEL:03-5815-5511 FAX:03-5815-5521 ©05/2015 Mettler-Toledo K.K., Printed in Japan 96110310 ●製品の仕様は予告なく変更することがありますので、あらかじめご了承ください