無料のMolDraw熱分析ビューアでTGA・DSC曲線を読む方法
要点：TGA・DSCビューアを開き、Open TGA / DSC file(s)を押すか、CSV、TA Instruments、NETZSCH、METTLERのテキストエクスポートをページにドロップします。ビューアは各TGA段階をオンセット、DTGピーク、質量減少とともに一覧表示し、最終的な残渣も示します。DSCではガラス転移、融解、結晶化を見つけ、ΔHと結晶化度（%）を求めます。ファイルはお使いの端末から出ません。
ここでTGA・DSCビューアを試す
ライブビューアでCaC2O4·H2O (TGA + DSC)を押すと、定番の3段階の例が読み込まれます。
なぜブラウザで熱分析ビューアを使うのか？
熱分析ソフトは装置の横のコンピューターにだけライセンスされていることが多く、メーカーごとのエクスポートは単位や吸熱の向きがまちまちです。MolDrawのビューアは一般的なテキストエクスポートを読み込み、符号の向きを設定でき、段階やピークを毎回同じ方法で測定します。
TGAとDSCの概要
熱重量分析（TGA）は、加熱しながら試料の質量を記録します。質量の減少はそれぞれ質量減少段階で、水や溶媒の脱離、分解などです。最後に残る質量が残渣で、灰分、フィラー、酸化物などです。
DTG曲線は質量を温度で微分したものです。各段階を、最も速く質量が減る点のピークに変えます。オンセット温度は通常、接線で求めます。最も急な点での接線が、段階の前のプラトーと交わる点です。
シュウ酸カルシウム一水和物は教科書的な例です。水（初期質量の12.3 %）、次に一酸化炭素（19.2 %）、次に二酸化炭素（30.1 %）を失い、酸化カルシウムが残ります。
示差走査熱量測定（DSC）は、基準物質と比べて試料に流れ込む熱流を測定します。ガラス転移（Tg）は熱容量の変化（Δcp）による段差です。融解は吸熱ピークです。冷却時の結晶化は発熱で、PETのような急冷した高分子を加熱したときの冷結晶化も発熱です。
ピークの面積からエンタルピーΔHが得られます。半結晶性高分子の結晶化度はXc = (ΔHm − |ΔHcc|) / (ΔH100% × w) × 100で、ΔH100%は完全結晶の高分子の融解エンタルピー、wは高分子の質量分率です。インジウムなどの純金属で温度とエンタルピーの校正を確認します。
ビューアで開けるファイル
| CSVまたはTXT | 温度または時間、質量または質量%、熱流の列。 |
|---|---|
| 装置のエクスポートファイル | TA InstrumentsのUniversal AnalysisやTRIOSのテキストエクスポート、NETZSCH ProteusのASCIIエクスポート、METTLER STAReの表エクスポート。 |
| 質量 | mg単位の質量は初期質量に対する%に変換されます。 |
| セグメント | 昇温と降温のランプはセグメントに分けられます。等温保持は飛ばされます。 |
測定データを解析する手順
- Open TGA / DSC file(s)を押すか、ファイルをボックスにドロップします。まず試すなら、Filled polymer TGA、PET DSC、Indium calibrationを押してください。
- TGA、DSC、TGA + DSCのいずれかを選び、次にSegment（例：最初の昇温ランプ）を選びます。
- Settingsを開きます。Heating rate (K/min)、Sample mass (mg)、In the file, endothermic isを確認します。PlotでEndo upまたはExo upを選びます。
- TGA stepsの表を読みます：オンセット、中点、DTGピーク、エンドセット、質量減少、残渣。
- DSC eventsの表を読みます。誤検出のイベントは×を押して削除します。ピークが見落とされていたら、そこを拡大してIntegrate current view as a peakを押します。
- DSC crystallinityでPolymerを選ぶかΔH100% (J/g)を入力し、フィラー入りの試料ではPolymer fraction w (%)を設定します。
- Add to compare instead of replacingにチェックを入れると、測定データを重ねて表示できます。Export PNGまたはExport CSVで保存します。
ビューアでできること
- TGAの段階：第2軸のDTG曲線、網掛けされた段階の範囲、%単位の質量減少（試料の質量がわかっていればmg単位も）。
- DSCのイベント：オンセット、中点、変曲点、エンドセット、Δcp付きのTg。オンセット、ピーク、エンドセット、ΔH付きのピーク（ベースラインより上を網掛け）。
- ベースラインと平滑化：DSCのベースラインをLinearまたはSigmoidから選び、DTG smoothing (°C)を設定します。
- 結晶化度のプリセット：PE、PP、PET、PLA、ナイロン6など、一般的な高分子12種のΔH100%の値。
- 校正の確認：融解オンセットがインジウム、スズ、亜鉛、ビスマスに近い場合、ビューアはオンセットとΔHを典型的な参照値と比較します。
- 質量減少を伴うピーク：質量と熱流の両方を含む測定データでは、TGAの段階と重なるDSCピークに「with mass loss」のラベルが付き、分解と融解の区別に役立ちます。
- 組み合わせ表示とエクスポート：TGA + DSCでは質量と熱流を2つの軸に表示します。CSVには処理済みの曲線と結果の表が含まれます。
授業や研究室での活用法
- 水和物と溶媒和物：モル質量計算ツールを使って、測定した水の減少量を化学式からの値と比べます。
- フィラーと灰分の含有量：空気中で測定したフィラー入り高分子の残渣を読み取ります。
- 高分子の結晶化度：PETの昇温データを読み込み、冷結晶化と融解を見つけて、Xcを求めます。
- ロット間の比較：測定データを重ねて、オンセットや残渣を比較します。
ヒントと限界
- まず吸熱の符号を確認してください。符号が逆だと、融解と結晶化のラベルが入れ替わります。
- ΔHはピーク面積を昇温速度で割ったものなので、速度が間違っているとΔHも間違います。
- オンセットは昇温速度、試料の質量、ガスによって変わります。同じ条件で測定したデータどうしだけを比べてください。
- Integrate current view as a peakが追加するのはピークで、ガラス転移ではありません。
- X軸をTimeにすると、ビューアは解析マークのない生の曲線を表示します。
ツールページに、MolDrawの無料データビューアがすべて掲載されています。
質問と回答
TGAのオンセットとDTGピークの違いは何ですか？
オンセットは段階の始まりで、プラトーへ外挿した接線から求めます。DTGピークは質量が最も速く減る点です。昇温時にはDTGピークはオンセットより高温側にあるので、どちらを報告するかを明記してください。
融解ピークが発熱として表示されるのはなぜですか？
ファイルの符号の向きが逆に推定されたためです。In the file, endothermic isをもう一方の選択肢に変えてください。Plotは、画面上で吸熱を上向きにするか下向きにするかを設定するだけです。
熱流がmW単位でも、ΔHをJ/gで得られますか？
はい。Sample mass (mg)に試料の質量を入力します。ビューアが熱流を質量で割り、ΔHをJ/gで表示します。
インジウムでDSCの校正を確認するには？
インジウムの測定データを開きます。融解オンセットがインジウム、スズ、亜鉛、ビスマスのいずれかに近い場合、ビューアは典型値とのオンセットとΔHの差を表示します。最終確認には標準物質の証明書を使ってください。