NETZSCH 装置と連動したガス分析システム：すべての始まり

NETZSCH-Gerätebau GmbHは、半世紀を超えるカップリング技術の開発経験を有しています。3月は、歴史的な概要の中で、どのようにすべてが始まったのか、当時どのようなシステムが使用され、現在どのようなシステムが使用されているのか、また、長年のお客様やパートナーからのエキサイティングな寄稿をお読みください。

1973年、物理学者エルヴィン・カイザースベルガーがNETZSCH 。その後、アプリケーション・ラボラトリーの責任者、テクニカル・セールスの責任者、ワールドワイド・サービス＆アプリケーション・サポート・チームの「シニア・サイエンティスト」などを歴任。2007年からはフリーランスのコンサルタントとして同社に勤務し、2012年に39年間の勤務を終えて定年退職した。最後の5年間は、特にTGA-GC-MS カップリングの分野に全精力を注いだ。

Erwin Kaisersberger氏は、ガス分析装置とNETZSCH 装置のカップリングの歴史をまとめてくれました：

1970年の出発点

2022年2月の記念記事に掲載されたSTAの歴史に関する記述からわかるように、モデル番号429の最初のNETZSCH STAは1970年に発表された。これはブルノで開催された国際エンジニアリング・フェア（1970年秋）の際に行われたもので、当時も、そしてその後も、東欧諸国などとのビジネスにおいて重要な市場となっている。

1970年まで、NETZSCH 、DTAとTGAは別々に作業した方が良いという哲学が支持されていた。DTAでは、より大きなピークを得るためにはより速い加熱速度が効果的であり、一方、TGAでは、できるだけ平衡に近い状態での質量変化を測定するためには、より遅い加熱速度が好まれたからである。しかし、DTAとTGAを同一条件下で単一試料に同時に適用することは、すぐに確立された。

当初から真空およびガス密閉に設計されたSTA 429の導入により、当社は新たな市場セグメントに参入し、西欧の他のメーカーと即座に競合することになりました。これは、東欧のデリバラトグラフ（Paulik and Erdey）でも同様でした。特に高温領域では、NETZSCH 、無機物、鉱物、セラミックスの分野で長年培ってきた経験を生かすことができた。

1973年以前にも、NETZSCH 、1973年の熱膨張計パンフレット（2022年1月の記念記事）に記載されているように、幅広い生産プログラムを持っていた。これには、DTA、TGA、STA、熱膨張計のガス密閉モデルと連結するための連続稼動ガス検知装置も含まれていた。もちろん、これらのガス検出器は、実験中に試料ガスの熱伝導率（EGA）、ガス密度（EGD）、放射能（ETA）の変化を記録するものであったが、シンプルで検出感度が高いものもあったにもかかわらず、満足のいくものではなかった：それらは、ガスが発生または吸収されたことを示すだけで、どのガスが吸収されたかを示すものではなかった！

しかし、ガスの同定は、当時も今日と同じように最新のテーマであった。しかし、当初どのようなガス分析システムがあったのだろうか？開発作業の焦点は、そのコンパクトさと検出感度の高さから、すぐに四重極型質量分析計に移った（1960年：ドイツの物理学者で後にノーベル賞を受賞するヴォルフガング・パウルとその同僚のヘルムート・シュタインヴェーデルがボン大学で四重極マスフィルターを発明）。

1970年以降、NETZSCH の装置開発は、加熱炉の小型化、高速化、試料室の小型化によるガスパージ性能の向上、真空気密性によるクリーンな試料ガス雰囲気の実現など、よりコンパクトなサイズに向けられた。これは、高感度ガス分析システムの賢明な結合のための基本要件であった。また1970年からは、カール・バイロイターとそのチームが社内で開発したエレクトロニクス（NETZSCH ）が、装置の制御システムに使用されるようになった。これによって装置は、特に温度制御と測定データ取得において、より柔軟でより正確なものとなった。

1973:質量分析計（MS）のカップリング

GebrüderNETZSCH-Anlagenbau,NETZSCH-Mohnopumpen,NETZSCH-Feinmahltechnik,NETZSCH-Newamatik,NETZSCH-Gerätebau andNETZSCH-Vertriebsgesellschaft というドイツの個別企業からなるNETZSCH グループは、1973年7月1日、海外子会社とともに、セルブで「極めて豪華な社内パーティー」と評判される¹⁰⁰周年記念式典を開催し、大いに盛り上がった。(私がNETZSCH-Gerätebauで働き始めたのは、NETZSCH の設立から100年と1日後のことである。今日に至るまで、なぜ私はその場にいなかったのかという質問には答えられない。）

70年代初頭、リヒテンシュタインのバルザース社は、プロセス制御用の四重極型質量分析計（QMS）ですでに高い評価を得ていた。NETZSCH-STA429用MSカップリングの開発におけるバルザース社との共同研究に対するゲレバウ社の関心は非常に高く、バルザース社もまた、統合可能なガスインレットシステムの最適化に対するNETZSCH のオープンマインドに感銘を受けた。こうして、ゲルハルト・ブラウアーと彼のチームの技術部門で、白金キャピラリーと下流の白金オリフィスプレートからなるガスインレットシステムが構築された。

その結果、1000℃をはるかに超える温度でも機能する質量分析計カップリングと、STA 429の1600℃加熱炉に設置するための機械的に高精度のモジュラーコンポーネントが完成した。

1974年：初のユニークなNETZSCH-Balzers 質量分析計カップリングの導入

新しいカップリングインターフェースの排気は、第1段（白金キャピラリー）の2段回転真空ポンプです。白金オリフィス、イオン源、四重極マスフィルターの排気に必要な高真空は、低フラグメント（MSバックグラウンドスペクトルを参照）のポリフェニルエーテル潤滑剤をポンピングとして使用した拡散ポンプによって供給されるmedium 。

加熱炉、カップリングシステム、高真空ポンプは、STAでの試料交換のために試料キャリアに自由にアクセスできるように、垂直の「リフト」に取り付けられている。通常の」STA試験用に加熱炉を追加するスペースもある。

この装置はコンスタンス大学でケイ酸塩の研究に使用されていたもので、NETZSCH サービス部門により、何十年にもわたって一貫して注意深く確実にメンテナンスされてきました。

1974年には、ドイツ語圏の熱分析のための非営利団体GEFTAが設立されました。この新しい協会の設立に決定的な役割を果たしたのは、次の2人の名前でした：Ing.クラウスタール-ツェラーフェルトのHans Lehmann教授と、NETZSCH in SelbのWolf-Dieter Emmerich博士です。彼らは、NETZSCH の従業員数人を説得し、GEFTAの創設メンバーにもなってもらいました。これにより、協会は約20名のメンバーでスタートすることができました。

^第3回GEFTA年次総会の開催地としてボーデン大学が選ばれたのは1976年のことで、これは熱分析分野における現地での活動に敬意を表してのことでした。GEFTAはすでに会員数を50人以上に増やすことができ、近隣諸国の国内組織と並行して、活動的な熱分析者や研究者の統合的な協会となっていました。

1975年：カップリングガス分析システムをテーマとする伝統的なセミナーの始まり

1975年末、プラチナキャピラリーとオリフィスを備えたこの質量分析計カップリングは、"NETZSCH-Balzers-MTA High-Temperature Coupling Systems"（MTAは質量分析熱分析の略称で、今日では使われていない）と題された最初のセミナーの機会に、より多くの国際的な関係者に紹介された。それとともに、NETZSCH 、スチールキャピラリーとプラチナオリフィスを使った、よりシンプルな質量分析計のカップリングも実現しました。これは、後にバルザースが独立したガスインレットモジュールとして、あるいはサーモスターを使ったコンパクトなソリューションとして提供するものです。この場合、ガス試料はそれぞれの加熱炉のガス出口で行われ、DTA、TGA、STA、熱膨張計など、すべてのガス密閉装置とのカップリングが可能になります。他社製品に対するユニークなセールスポイントは、加熱炉のガス出口を200℃まで包括的かつ調整可能に加熱することであった。

では、高温カップリングシステムの次のステップは何だったのだろうか？

発見された技術的な解決策、実用的な実行、そして熱分析と組み合わせたppmレンジの質量分析計の検出感度は、あらゆる懸念や用途に十分すぎるほど適しているように思われました。実験デザインと評価における小さな欠点は、マルチチャンネル・ドットプリンターによるレジストレーションの遅さ、質量分析計のスキャン速度の比較的遅さ、バックグラウンドスペクトルにピークが多すぎることがあったことである。また、キャピラリーとオリフィスを通過できなかった原子、分子、化合物、途中で熱的に破壊された原子、分子、化合物、あるいは、登録されたMSピークから確実に参照できなかった原子、分子、化合物もあった。時には、MS信号の "1つの "関連するレコーダーの偏向を見つけるために、何メートルもある記録紙を広げなければならないこともあった。

MSとSTAの一体型カップリングに興味を持つ見込み客との話し合いにより、STAの加熱炉のガス注入システムの設計に新しい材料が採用されることになった。これらのアプリケーションでは、白金は試料や検出される分解生成物に対する触媒作用があるため、問題外だった。高純度焼結コランダム管が選択され、使用温度範囲に対して良好な耐性が期待された。チューブの底にレーザーで開口部（オリフィス）を開け（small ）、金属フランジにはんだ付けするなどの課題は、セラミックメーカーや専門機関との協力で解決した。ダブルオリフィスシステムが誕生した。

1978:ダブルオリフィスシステム搭載のSTA 429を納入

ドイツのシュトゥットガルトにあるマックス・プランク固体研究所は、当社のダブル・オリフィス・カップリングの最初の顧客であった。

注目されるようになったもうひとつの研究分野は、原子力研究における放射性廃棄物の「安全な」処分に関するものだった。ユーリッヒ研究センター（当時はまだユーリッヒ原子力研究施設）は、ガラス固化廃棄物のガス放出に関する研究のため、ダブルオリフィスシステムを備えたSTA 429を購入した。ラインハルト・オドイ教授（1973～2009年、ユーリッヒ研究センター安全研究・原子炉技術部長）と彼の同僚は、この応用分野での高温MSカップリングの最適化に大きく貢献した。目的のひとつは、セシウム、セレン、テルル、酸化ルテニウム、銀（放射性廃棄物と同様の揮発性を持つ参照物質）などの金属蒸発を確実に検出できるガス導入システムであった。高温MSカップリングは、研究センターの教授と協力して、この用途のために大幅に最適化された。この研究は、試料、ガス注入口、MSイオン源間の距離を大幅に短縮した金属製で、それに対応して加熱炉がすべて短い「skimmer カップリング」までの多くの個別ステップを記述した学位論文につながった。

この "研究所ソリューション "を、NETZSCH で商業的に製造されたskimmer カップリングシステムに移行することは、非常に高度なものであった。加熱炉の再設計と、さまざまな運転温度と運転範囲に最適なSkimmer 材料の探索は、重要なポイントのほんの一部である。高温耐性の金属、石英ガラス、アルミナ、ガラス状カーボンでできたスキマーが実現した。その後、アルミナとガラスカーボンが、さまざまな温度範囲や試料雰囲気に対応し、最も汎用性が高く実用的であることが証明された。

装置開発は、NETZSCH 、加熱炉の製品レンジが-180℃から2400℃の低温域まで拡大したこと、真空発生に信頼性の高いターボ分子ポンプが使用され始めたこと、コンパクトな吊り上げ装置も設計されたこと、といった事実から恩恵を受けた。

1985年：Skimmer ガスインレットシステムを備えた世界初のユニークな高温カップリングを発表。

上記のオリフィスカップリングからSkimmer カップリングへのさらなる開発と並行して、Antonius Kettrup 教授が率いるパーダーボルン大学化学学部では、STA 429 MSダブルオリフィスカップリングを用いた環境・燃料・エネルギー研究のための新しいセンターが開発されました。アントニウス・ケトルップ教授と彼のチームとの非常に実りある協力関係は、研究チームがミュンヘン近郊のノイヘルベルク（当時はGASS環境・健康研究センターと呼ばれていた）に移転した後、装置の改良（入口システムの自動圧力制御）や装置の再設計にもつながりました。環境研究（廃棄物処理、汚染土壌など）のために、質量分析計、FT-IR分光計、GC-MS 装置の連結が可能なlarge=sample STA（試料容積170 cm³まで）が、バイエルン州の研究助成の枠内でNETZSCH によって建設された。

しかし、次に何が起こるのだろうか？どんな新しい展開が待っているのだろうか？さらに詳しく...。