熱重量・示差熱同時分析/質量分析(TG-DTA/MS)Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis / Mass Spectrometry

原理

• 熱重量測定(TG)
  試料を加熱しながら重量変化を測定することで、熱分解・酸化・脱水などの質量変化を伴う反応の温度が分かります。
  また、質量増減の定量的な測定が可能です。
• 示差熱分析(DTA)
  試料と基準物質を同一炉内へ対称に配置して加熱しながら両者の温度差を測定し、温度差の変化から、融解・熱分解などの吸発熱反応の有無が分かります。
• 質量分析(MS)
  質量分析により、発生したガス種の推測ができます。

特徴

• 試料形態　　　：固体(粉末・フィルム・ブロックなど)および液体
• 試料量　　　　：数mg～
  　　　　　　　　(5.2mmφ×5.1mmの容器内)
• 測定雰囲気　　：基本設定 He
  　　　　　　　　対応可能 N₂,Air
• 温度　　　　　：室温～1,300℃
• 昇温速度　　　：基本設定 20℃/min
  　　　　　　　　対応可能 1～20℃/min
• 質量範囲　　　：m/z 1～410
• 試料の熱(分解)反応過程の情報が得られます。
• 各反応温度領域で発生しているガス種を推定できます。
• 測定雰囲気ガス種による酸化反応の過程の情報が得られます。
• 揮発や熱分解により発生する成分の化学種や発生量を温度変化に対して追跡することができます。

用途

事例　CaC₂O₄・H₂O

測定雰囲気：He

シュウ酸カルシウム水和物をTG-DTA/MSで測定した事例です。
加熱温度に従い3段階の重量減少と、それに伴う質量が観測されました。

(1) CaC₂O₄・H₂O　→　CaC₂O₄　+　H₂O(m/z 18)　↑　：理論値12.3%
(2) CaC₂O₄　→　CaCO₃　+　CO(m/z 28)　↑　：理論値19.2%
(3) CaCO₃　→　CaO　+　CO₂(m/z 44)　↑　：理論値30.1%

測定雰囲気：Air

キャリアガスAirにおいて500℃近傍にHeガスでは見られなかった発熱ピークが出現しました。
この領域では、(2)式で発生したCOがAir中のO₂との酸化反応により、CO₂が生成していることが分かります。

(2)' CaC₂O₄　→　CaCO₃　+　CO
　CO+1/2O₂　→　CO₂(m/z 44)　↑
　m/z 12：CO₂由来のフラグメントイオン

測定雰囲気をHeからAirにすることで、一般環境下に近い状態での加熱挙動結果が得られます。特に、Air中の酸素による酸化反応に伴う発生ガス種の結果を得ることができます。

事例　医薬品の熱安定性評価

医薬の熱物性をTG-DTAで測定すると同時に、発生するガス種を質量分析で推定します。熱反応の温度、質量変化、吸発熱の有無と、各反応温度領域で発生するガス種から、どのような熱反応が生じているかを推測できます。

■TG-DTA/MSによる市販の錠剤の評価

包装された錠剤を60℃の大気環境下で6時間放置した後、錠剤を取り出して分析しました。110℃近傍にCO₂の発生が見られます。これは、大気中のCO₂が錠剤に吸収されものが放出されたか、あるいは、酸化によりCO₂が生成したと考えられます。

[ 更新日:2025/04/22 ]