21.04.2026 by Aileen Sammler
燃焼ガス分析におけるさらなる透明性：NETZSCH TCC 918 コーン熱量計での OMEGA 5 FT-IR カップリング
ピークとカーブを超えて：Application Insights byNETZSCH and Bruker
The Monthly Blog Series with Bruker Optics - 第4回：コーンカロリメトリとFT-IRガス分析の組み合わせ
建設、輸送、電子機器、公共インフラといった分野において、材料の燃焼挙動を理解することは、安全性評価の観点から極めて重要です。これらの環境では、材料がどの程度激しく燃えるかだけでなく、燃焼時にどのようなガスが放出されるかを把握することも同様に重要です。
燃焼ガス分析のさらなる可視化
NETZSCHのコーンカロリメーター TCC 918 は、燃焼挙動の解析に広く用いられている装置です。酸素消費法に基づき、酸素・二酸化炭素・一酸化炭素の濃度、発熱速度（HRR）、発煙速度（SPR）、質量減少速度（MLR）、着火時間（TOI）、消炎時間（TOF）といった主要な燃焼パラメータを提供します。これらの指標を組み合わせることで、着火から消炎に至るまでの材料の燃焼特性を包括的に評価でき、実際の火災シナリオのモデル化にも広く活用されています。
本シリーズ第4回となる本稿では、コーンカロリメーターと FT-IR ガス分析を組み合わせることで、燃焼プロセスや有害ガスの発生に関する理解がどのように深まるのかを解説します。
コーンカロリメトリー：燃焼挙動解析の基盤
コーンカロリメータ試験では、試料に対してコーンヒーターから一定の熱流束を照射し、着火させた後、制御された条件下で燃焼させます。発生した排ガスは排気システムを通じて搬送され、主要な燃焼パラメータを求めるために分析されます。
TCC 918 における標準的なガス分析では、O₂、CO、CO₂ の濃度に焦点を当てており、これらの値をもとに酸素消費法により発熱速度（HRR）が算出されます。発熱速度は、火災の強さや潜在的な危険性を評価するうえで最も重要な指標の一つです。
また、コーンカロリメータから得られる代表的な出力には、以下のようなものがあります。：
- 発煙速度（SPR）：視界の低下や有害物質への曝露の可能性を示す指標
- 質量減少（ML）：材料の分解や残渣生成の程度を反映
- 着火時間（TOI）および消炎時間（TOF）：燃焼の時間的挙動を表す指標
これらの測定により、燃焼挙動について包括的な把握が可能となります。しかしながら、燃焼ガス中に含まれる個々の化学種までは十分に明らかにすることはできません。
FT-IRガス分析による燃焼試験の高度化
燃焼プロセスをより深く理解するために、NETZSCH TCC 918 コーンカロリメータは、Bruker OMEGA 5 FT-IR ガス分析装置と連結することができます。
この接続は加熱トランスファーラインを介して行われ、ガスを迅速に輸送するとともに、分解生成物の凝縮を防ぎます。これにより、試験中の燃焼ガスをリアルタイムで FT-IR 分析することが可能になります。
FT-IR分光法は、各ガスが持つ特有の赤外吸収スペクトルに基づいて成分を同定します。他の多くの連結分析手法が主に定性または半定量的な情報にとどまるのに対し、OMEGA 5 FT-IR ガス分析装置は、燃焼ガス中の複数成分を同時に直接かつ定量的に測定できる点が特長です。
そのため、CO₂、CO、H₂O といった標準的な燃焼ガスに加え、以下のような多様な化合物も同時に定量可能です。：
- 炭化水素（例：メタン、エチレン、アセチレン）
- ハロゲン化合物（HCl、HBr、HF など）
- 窒素含有化合物（HCN、NH₃、NO、NO₂、N₂O など）
- 有機化合物（ホルムアルデヒド、ベンゼン、フェノールなど）
- 硫黄化合物（SO₂ など）
このような分析能力により、従来の火災パラメータの枠を超え、有害ガスや燃焼に関与するガス成分を時間分解で定量的に把握でき、燃焼プロセスや排出挙動の理解が大幅に向上します。
例：ポリアミド材料の燃焼挙動
本カップリングシステムの有効性を示すため、PA6 繊維試料を一定の熱流束条件下でコーンカロリメータにより評価しました。
従来のコーンカロリメータデータからは、発熱速度や発煙速度など、材料の典型的な燃焼挙動が確認されました。一方で、FT-IR ガス分析により、燃焼時に発生する煙中ガスの組成が詳細に明らかになります。
検出された主なガスは以下の通りです。：
- CO₂：主要な燃焼生成物
- H₂O：材料および添加剤の分解反応に由来
- CO：不完全燃焼の指標
- NO および N₂O：窒素含有ポリマー構造に由来
- HCN：細胞呼吸を阻害する高毒性ガス
※分解反応とは、化合物が熱によって分解し、固体や気体の生成物を生じる反応を指します。
これらのガスを同時に検出できることで、火災の強さだけでなく、燃焼生成物の毒性リスクについても評価が可能になります。
火災安全性のより包括的な評価へ
コーンカロリメータが材料の熱的な燃焼挙動を定量化するのに対し、FT-IR ガス分析は発生する煙の化学組成を明らかにします。両者を組み合わせることで、燃焼挙動、有害ガス排出、安全規制への適合性、安全性が求められる用途への適性といった観点から、材料を総合的に評価することが可能になります。
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本記事は、NETZSCH と Bruker の長年の協力関係のもとで進められている、熱分析と分光分析の統合による利点を紹介するブログシリーズの第4回です。
次回は、STA-FTIR を用いたセメント原料の解析についてさらに詳しく解説します。どうぞご期待ください。
ブログシリーズの振り返り
本記事をもって、TGA-FT-IRによる発生ガス分析をテーマとした月刊ブログシリーズ「ピークやカーブを超えて：NETZSCHとBrukerによる応用インサイト」は完結となります。
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