はじめに
EDXやICP-MSのような分析技術は、例えば塩試料に含まれる化学元素の詳細な分析を提供するが[1]、熱分析の方法は、このような試料に含まれるさまざまな化学化合物のIdentify 、特性評価にも使用できる。熱重量測定（TGA）と示差走査熱量測定（DSC）を1つの実験で同時に行う同時熱分析（STA）は、例えば、アルカリ金属塩の不純物の存在と影響を含むセメント原料の調査に採用されました[2]。また、相変化材料（PCM）である硝酸ナトリウム（NaNO3）の融解プロセスと比熱容量がDSCによって研究された例もある[3]。
この研究では、NaCl、KCl、通常の食卓塩、いわゆるヒマラヤ塩のSTA測定を扱っており、塩の融解、部分蒸発、組成分析に焦点を当てています。NaCl（ハライト）やKCl（シルバイト）のようなアルカリ塩は、我々の日常生活において重要な役割を果たしている。NaClが食卓塩や料理塩の主成分であるのに対し、KClは例えば冬の道路用塩として使われる。パキスタン産のヒマラヤ岩塩は、NaClの他にFe2O3 [1]などの様々なミネラルや酸化物を含む天然塩で、ほんのりピンク色をしている（上の写真参照）。
実験的
を使用して測定した。 STA 449 F5 Jupiter®(図1参照）。この装置は、最高試料温度1600℃を可能にするSiC加熱炉を備えており、オプションでオートサンプラー（ASC）やMS、FT-IR、GC-MS などの発生ガス分析用のカップリング技術を装備することができる。天びんの計量範囲は35gと広く、天びんの分解能は全範囲にわたって0.1μgである。天びんのもう一つの利点は STA 449 F5 Jupiter®のもう一つの利点は、TG-BeFlat® ソフトウェアの機能で、自動的に浮力効果を考慮するため、標準的な試験でベースライン測定が不要になります。
今回の測定条件を表1にまとめた。
表1：今回の測定条件
測定条件 | |
|---|---|
| 装置 | STA 449 F5 Jupiter® |
| 試料キャリア | TGA-DSCタイプS |
| 容器 | PtRh (0.19 ml) |
| 加熱速度 | 10K/分 |
| 試料質量 | 23 ± 1 mg |
| 雰囲気 | N2 |
| パージガス流量 | 70 ml/分 |
試料NaCl [4]とKCl [5]はいずれも公称純度99.8%であったが、食卓塩とヒマラヤ岩塩については純度に関する情報が得られなかった。すべての試料は、るつぼの底を覆うだけの薄い粒の層として測定され、試料は粉砕も圧縮もされていない。
結果と考察
図2は、NaCl試料の質量変化と熱流量の温度依存性を示している。外挿したオンセット温度802.1℃では、ピーク温度813℃およびエンタルピー480 J/gの吸熱（吸熱性）が観察され、これは試料の融解に起因すると考えられる。融点を反映するオンセット温度は、文献値801℃とよく一致する。480 J/gのエンタルピーは、文献[6]に見られる484 J/gの融解熱の値ともよく一致する。約800℃以上では、0.9%の質量損失が生じたが、これは試料の部分的な蒸発によるものである。
KCl試料のSTA結果を図3に示す。ここでも融解と部分蒸発が観察された。771.4℃で検出された融点は、文献値の772℃とよく一致しており、361 J/gというエンタルピー値は、文献[6]で報告されている351 J/gという値と再び一致している。
図4は食卓塩試料で得られたSTAの結果であり、純NaCl試料で得られた結果とは明らかに異なっている（図4と図2を比較）：DSCの主ピークの開始温度は797.2℃であり、純NaClで観察された802.1℃の値を大幅に下回っている。また、吸熱（吸熱性）が724℃の開始温度で追加的に検出された。主溶解効果のエンタルピー499 J/gは、純粋なNaClで観察された値480 J/gと同じ範囲であるのに対し、第一の効果のエンタルピーはわずか6 J/gであった。これらの結果は、食卓塩が予想通り純粋なNaClではないことを示している。食卓塩試料で見つかったDSC曲線は、一般的に二元系塩混合物で観察されるものである[7]。この場合、NaIの濃度が低いパーセンテージのNaI-NaClが最も可能性の高い候補である[7]。
図5aと5bに示したヒマラヤ岩塩のSTAの結果は、食卓塩の結果よりもさらに複雑である。このことは、ヒマラヤ岩塩の試料だけで、700℃以下で0.06％、0.07％、0.05％、0.05％、0.17％、0.10％の質量減少が観察されたことからもわかる（図5b参照）。約400℃以下では、DSCシグナルは吸熱（吸熱性）効果を示し、これは質量損失ステップによるものです。約200℃以下の質量減少は、おそらく水分の放出と、推定濃度がサブパーセントの範囲にある石膏（CaSO4・2H2OとCaSO4・1/2H2Oの混合物）の脱水によるものであろう。約200℃から400℃の間の質量減少ステップは、様々な炭酸塩の分解によるものであり、450℃の範囲の質量減少ステップは、Ca(OH)2の脱水によるものである可能性がある。質量減少ステップのさらなる解釈には、発生ガス分析が明らかに有用であろう[8]。約580℃以上でのDSC結果も非常に複雑である（図5b参照）：少なくとも7つの吸熱（吸熱性）が検出された。799℃のメインピークは、やはりNaI-NaCl、KCl-NaCl [7]、Na2CO3-NaCl [7,9]などのNaClに富む二元混合物によるものであろう。580℃から720℃の間の残りのDSC効果は、いくつかのヨウ化物、フッ化物、塩化物、炭酸塩または硫酸塩、およびそれらとNaClまたはKClとの混合物の融解過程によるものと推定される[7, 10]。例えば、587℃のDSCピークはCaI2またはK2SO4による可能性があり、690℃の鋭いピークはKIによる可能性があり、679℃のピークはFe2O3の構造変換による可能性がある[10]。ピーク温度やエンタルピーのような更なる詳細は、図5bで再び見ることができる。ヒマラヤ塩の700℃以上での質量損失は2.74%であり（図5a参照）、これも部分的な蒸発によるもので、調査した他の試料に比べて著しく高い。
結論
を使ったNaCl、KCl、食卓塩、ヒマラヤ岩塩の研究により、この装置がアルカリ塩やその混合物の研究に適していることが実証された。 STA 449 F5 Jupiter®によって、この装置がアルカリ塩やそれらの混合物のような物質の研究に適していることが実証された。特にDSCシグナルは、融解プロセスおよびその他の相変態を非常に明瞭に反映するため、融解温度および融解エンタルピーを介した相図の調査が可能である。TGAシグナルは、試料の蒸発だけでなく、例えば不純物物質の分解による質量損失のステップも示し、いくつかのケースで同定および定量が可能です。