示差熱分析

示差熱分析 (しさねつぶんせき、英: Differential thermal analysis、略称: DTA）は、熱分析技術のひとつであり、示差走査熱量測定（DSC）と類似した分析方法である。DTAでは、試験する材料と不活性な基準物質は、全く同じ熱履歴を受けるようになっており、試料と基準物質との温度差が記録される[1]。この温度差は、時間に対して、または温度に対してプロットされる（DTA曲線、もしくはサーモグラムと呼ばれる）。 試料の変化は、基準物質に対し、発熱あるいは吸熱として、検出される。したがって、DTA曲線は、ガラス転移、結晶化、溶融および昇華といった変化に関するデータを示す。 DTAピーク面積はエンタルピー変化であり、サンプルの熱容量の影響を受けない。

装置

DTAは、サンプルホルダー、熱電対、サンプル容器、セラミックや金属ブロック、炉、温度プログラム、記録システム　から構成されている。鍵となる特徴は、電圧計に接続された2つの熱電対の存在である。一方の熱電対にはAl2O3のような「不活性な」標準試料をセットし、もう一方の熱電対には分析対象の試料をセットする。温度が上昇するにつれて、試料が相転移すると、短時間の電圧の振れが生じる。これは、加熱により変化しない標準物質の温度は上昇するが、試料では相転移により潜熱として取り込まれるために起こる[2]。

現在の装置

今日の市場では、ほとんどの分析機器メーカーはDTAシステムだけではなく、この分析技術を熱重量分析（TGA）システムに組み込んでいる、TGAは重量減少と熱の両方の情報を分析できる。現在ではソフトウェアの進歩により、これらの機器は、TGA-DSC機器に置き換えられており、この分析機器では重量減少を同時に伴いながら、試料の温度と熱の流れの情報を得ることができる。 この機器は、通常、SDT（示差熱・熱重量同時測定、英：simultaneous DSC/TGA）と呼ばれる。

用途

DTA曲線は、物質同定のための「指紋」として使用できるだけでなく、相図の決定、熱変化測定、様々な雰囲気における分解挙動、といった分析にも通常適用できる。

DTAは、医薬品[3]や食品業界で広く利用されている[4][5][6][7]。

また、DTAは、セメント化学[8]、鉱物学研究[9] および環境科学研究にも使用されている[10]。

さらに、DTAは遺骨[11] や考古学的試料[12][13]の年代決定にも利用されている。DTAにより、液体と固体の相図を得ることもできる。

脚注
  1. Bhadeshia H. K. D. H.. “Thermal analyses techniques. Differential thermal analysis”. University of Cambridge, Material Science and Metallurgy. 2007年4月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年7月19日閲覧。
  2. Robert Bud, Deborah Jean Warner (1998). Instruments of Science. Taylor & Francis. pp. 170–171. https://books.google.com/books?id=1AsFdUxOwu8C&pg=PA170
  3. Ferrer S., Borrás J., Martín Gil J. and Martín Gil F.J. "Thermal studies on sulphonamide derivative complexes”. Thermochim. Acta, 1989, 147, 321 330; 1989, 153, 205 220; 1991, 185, 315 333.
  4. Berger K.G., Akehurst E.E. “Some applications of differential thermal analysis to oils and fats”. International Journal of Food Science & Technology, 1966, 1, 237–247.
  5. Ramos Sánchez M.C., Rey F.J., Rodríguez M.L., Martín Gil F.J. and Martín Gil J. "DTG and DTA studies on typical sugars". Thermochim. Acta, 1988, 134, 55 60.
  6. F.J. Rey, M.C. Ramos-Sánchez, M.L.Rodríguez, J. Martín-Gil, F.J. Martín-Gil. "DTG and DTA studies on sugar derivatives". Thermochim. Acta, 1988, 134, 67 72.
  7. Rodríguez Méndez M.L., Rey F.J., Martín Gil J. and Martín Gil F.J. "DTG and DTA studies on amino acids". Thermochim. Acta, 1988, 134, 73 78.
  8. Ramachandran V.S. “Applications of differential thermal analysis in cement chemistry”. Chap. V, Chemical Publishing Co., Inc., New York (1969), 92.
  9. Smykatz-Kloss W. “Application of differential thermal analysis in mineralogy”. J. Therm. Anal. Cal., 1982, 23, 15-44.
  10. Smykatz-Kloss W., Heil A, Kaeding L. and Roller E. “Thermal analysis in environmental studies”. In: Thermal analysis in Geosciences. Springer Berlin / Heidelberg, 1991.
  11. Villanueva, PrE, Girela F. y Castellanos M. “The application of differential thermal analysis and thermogravimetric analysis to dating bone remains”. Journal of Forensic Sciences, 1976, 21,
  12. Misiego-Tejeda J.C., Marcos-Contreras G.J., Sarabia Herrero F.J., Martín Gil J. and Martín Gil F.J. "Un horno doméstico de la primera Edad del Hierro de "El Soto de Medinilla" (Valladolid) y su análisis por ATD". BSAA (University of Valladolid) 1993, LIX, 89 111.
  13. Kingery W.D. “A note on the differential thermal analysis of archaeological ceramics”. Archaeometry, 1974, 16, 109–112.
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