SEBSでの真空下TGA測定

はじめに

液体を熱平衡で加熱すると、加熱速度が増すにつれて液体の蒸発圧も上昇する。蒸発率（液体が気相に変化する速度）は、温度が上昇するにつれて上昇する。熱天秤で蒸発の追跡を可能にする質量損失率も同じ程度上昇する。熱天秤は、試料室から形成ガスを洗い流すパージガス流の中で、常圧下で作動させることができます。

液体の蒸発圧力が周囲圧力に相当するとき、液体は沸騰する。常圧（1013mbar）では、水の蒸気圧も1013mbarであるため、水は100℃で沸騰する。周囲圧力が変化すれば、沸騰温度も変化する。図1は、室温から110℃までの温度範囲における水のこの相関関係を示している[1]。

図1を見れば明らかなように、1013mbarの周囲圧力を123mbarに下げると、水はすでに50℃で沸騰する。この相関関係は、真空乾燥のような用途で使用される。乾燥させる物質を常圧以下の圧力にさらすことで、液体（通常は水）を低温で穏やかに蒸発させることができる。この技術は、特に食品分野でよく使われている。

また、固体の昇華や分解にも、液体の沸点低下と同様の相関関係がある。

測定条件

減圧下での熱重量測定

沸騰プロセスと同様に、ガス状物質が放出される他の反応も同様に周囲圧力に依存する。分解反応の温度範囲も、周囲圧力が低くなるにつれて低い値にシフトする。この温度変化は、プロセスや物質によって異なる。このことは、負圧雰囲気の適用が、さまざまな反応におけるガス状分解生成物の放出にさまざまな影響を及ぼす可能性があることを意味する。この方法は、熱分解プロセスが重なっている場合、つまり、時間的に非常に近接している場合に特に有効である。周囲圧力を下げることで、重複する事象の分離を改善することができます。

図2は、熱可塑性エラストマーの2つの測定値の比較です。実線は温度の関数としての相対質量変化を表しています。緑色の曲線は、窒素パージガス速度40ml/minの常圧下での測定結果です。つの質量減少ステップが見られるが、これらは5K/minという低い加熱速度でも重なっている。この場合、ステップの定量化は困難である。同じ加熱速度5 K/minでこの調査を真空中で行った場合（青い曲線）、すべての放出温度は常圧下での測定よりも低い値にシフトする。反応の終了は、常圧下では480℃に達するが、真空中では440℃ですでに終了している。点線の曲線（DTG）は、各相対質量変化（TG）の一次微分を示している。DTGの結果は質量減少率を示し、したがって反応速度の指標となる。質量減少率が最大になる温度（DTG最大値）は、真空中で起こる場合、両方の部分反応が低温にシフトすることを確認する。しかし、最初の部分反応（348℃から212℃）は、2番目の部分反応（427℃から407℃）よりもかなり低い温度にシフトしているので、2つの部分反応はよりよく分離されている。その結果、2つの質量損失ステップの定量が非常に容易になる。