はじめに
今日、バイオマスは従来のエネルギー源に代わるものとして、ますます頻繁に利用されるようになっている。主な利点は「CO2ニュートラル」である。木材は最も重要な再生可能原料である。木材の主成分はセルロース、ヘミセルロース、リグニンである。
表1：TGA測定パラメータ
測定パラメータ
| 温度範囲 | 室温～500 |
|---|---|
| 加熱速度 | 10K/分 |
| 雰囲気 | ヘリウム |
| 流量 | 65ml/分 |
| 試料ホルダー | 腐食性ガス用試料ホルダー |
| 容器 | Al2O3(85 μl) |
| 試料質量 | 6.9 mg |
表2：GC-MS 測定パラメーター
| パラメーター | 準連続モード | イベント制御モード |
|---|---|---|
| コラム | アジレントHP-5ms | アジレントHP-5ms |
| カラム長 | 30 m | 30 m |
| カラム直径 | 0.25 mm | 0.25 mm |
| 加熱炉温度 | 150°C | 100℃～310℃（10K/分） |
| ガス | ヘリウム | ヘリウム |
| ガス流量（スプリット） | 20 ml/分 (10:1) | 20 ml/分（10:1） |
| カラムフロー | 2 ml/分 | 2 ml/分 |
| バルブ | 2分毎 | 1イベントにつき1回 |
準連続モード
TGAとGC-MS を同時に連動させることで、ガス放出物質と温度との相関を容易にとることができる。
パイン材の熱分解は3つのステップで行われる（図2）。最初のステップは、含まれる水分の発生である。木材の主な分解は約300℃で起こる。
まずセルロース成分が分解され、次にリグニン成分が分解される。
DTG曲線に対応して、トータルイオンクロマトグラムでは300℃で主分解が見られる。
この範囲のTICの拡大図を図3に示す。ピークで検出された物質を表3に示す。
表3：検出された分子とその保持時間
| 時間/分 | 分子 | モル質量 | 質量数 |
|---|---|---|---|
| 35.138 | アセトン | 58 | 58 |
| 35.164 | 1,2,3-チアジアゾール | 86 | 58, 86 |
| 35.172 | 2-メチルフラン | 82 | 82, 81, 53 |
| 35.189 | 2-メチル-マンノメチルピラノシド | 178 | 60, 74 |
| 35.223 | 2-ブテナール、2-メチル | 84 | 55, 84 |
| 35.240 | チオフェン | 84 | 84, 58, 45 |
| 35.265 | フラン、2,3-ジヒドロ-5-メチル | 84 | 84, 55, 69 |
| 35.290 | フルフラール | 96 | 96, 95 |
| 35.299 | 1H-ピラゾール、1,3-ジメチル | 96 | 96, 81, 68, 54 |
| 35.308 | 2,5-ジメチルフラン | 96 | 96, 95, 81, 53 |
| 35.409 | 2(5H)-フラノン | 84 | 55, 84, 70 |
| 35.426 | 2H-ピラン、3,4-ジヒドロ | 84 | 55, 84, 69 |
パイン材の個々の質量数を温度の関数として図4に示す。
イベント制御モード
生成物質をより詳細に評価するため、TGA-GC-MS 測定をイベント制御モードで実施した（図5）。このために、ある温度における個々のクロマトグラムが記録された。
図6は350℃でのクロマトグラムである。対応する保持時間で測定された物質を表4に示す。
表4：350℃で検出された分子とその保持時間
パラメータ
| 保持時間/分 | 物質名 |
|---|---|
| 1.047 | CO2 |
| 1.088 | 3(2H)-フラノン、ジヒドロ-2-メチル |
| 1.124 | 1-プロパノール |
| 1.197 | 1-ヒドロキシ-2-プロパノン |
| 1.305 | 2(5H)-フラノン |
| 1.330 | 酢酸メチルエステル |
| 1.370 | アセトン |
| 1.424 | 4H-1,2,4-チアゾール、4-アミノ |
| 1.528 | フフラール |
| 1.576 | 2-フランメタノール |
| 1.888 | 2(3H)-フラノン、5-メチル |
| 3.073 | フェノール、2-メトキシ |
| 4.150 | フェノール、2-メトキシ-4-メチル |