主な違い – TGA vs DTA vs DSC
TGA、DTA、DSCは、化学反応に参加する化合物の温度変化を利用して分析するための3つの用語です。
TGAはThermal Gravimetric Analysis、DTAはDifferential Thermal Analysis、DSCはDifferential Scanning Calorimetryの頭文字をとったものです。
これら3つの技術はすべて熱分析の一種です。
TGA DTAとDSCの大きな違いは、熱による試料の変化を測定する方法です。
TGAでは、温度上昇に伴う試料の質量変化を測定するのに対し、DTAでは、試料と基準との間に蓄積される温度差を測定し、DSCでは、化学反応時に放出される熱を測定するのです。
TGAとは
TGAとは、Thermal Gravimetric Analysis（熱重量分析）の略です。
熱分析の手法の一つです。
ここでは、温度変化に伴う試料の質量変化を観察し、分析します。
また、一定の温度で時間の関数として測定することもできます。
この方法は、試料の純度、試料中の炭酸塩や有機物の含有量などの分析によく使われる。
この手法で分析できる物質は、無機物、金属、高分子、プラスチック、セラミックス、ガラス、複合材料などです。
このために使用される装置を熱重量分析装置といいます。
この装置は、温度変化に伴う試料の質量を連続的に測定します。
TGAで測定される基本パラメータは、質量、温度、時間です。
図1：温度を変化させたときの物質の質量変化を示すサーモグラム。
正確な測定を行うために、温度を徐々に上げたり下げたりして、連続的に質量を測定する。
通常大気中や真空中など、異なる雰囲気条件下での分析が可能です。
TGAは物質の熱的安定性を評価するために使用することができます。
時には、燃焼反応で起こる質量変化の測定に非常に役立ちます。
揮発性の高い化合物の場合、TGAは蒸発速度の測定に適した手法と言えます。
また、この方法は物質のキュリー温度を決定するのにも役立ちます。
DTAとは
DTA（示差熱分析）とは、熱分析技術の一つです。
ここでは、試料と参照化合物の間に生じる温度差を、同一の熱処理で測定します。
参照化合物は不活性であることが望ましい。
参照物質と試料は、同じ条件、同じ処理で提供される必要があります。
試料と参照化合物の温度差がゼロであれば、その試料化合物は熱的に不活性です。
これは、参照物質も熱的に不活性であり、サンプルは参照物質を基準として分析されるからです。
分析装置は、試料ホルダー、センサー、加熱炉、温度制御システム、記録システムで構成されている。
この装置は非常に高い温度で使用することができる。
また、高感度です。
これらはDTA法の利点です。
DTA法は、鉱物の熱的性質の分析、ポリマーの特性評価、製薬や食品産業、生物材料の分析法として使用することができます。
DSCとは
DSCとはDifferential Scanning Calorimetry（示差走査熱量計）の略です。
DSCでは、ある時間における温度変化に対して、熱流を測定します。
DSCを測定する装置（熱量計）は、試料と基準物質を入れる2つのチャンバーを使用します。
基準物質室は溶媒で満たされています。
試料室には、基準となる物質と同じ溶媒（同量）に溶かした試料物質が入れられます。
この技術は、物質と化学反応の両方に使用することができます。
図3：示差走査熱量計
実験が終わると、サーモグラムが得られます。
このサーモグラムは、試料が放出した熱エネルギーの基準値に対する偏差を示すものです。
基準曲線はベースラインと呼ばれます。
基準線より上の偏差は発熱遷移、基準線より下の偏差は吸熱遷移と呼ばれます。
ピーク下の面積は、試料が吸収または放出した熱エネルギー量に正比例する。
この方法では、少量の試料で十分な分析が可能です。
これは、試料をリファレンスチャンバーで使用したのと同じ溶媒に溶かしてから分析するためです。
この方法は、特定の化学反応の反応熱を測定するのに適用できます。
ただし、正確な結果を得るためには、試料とリファレンスの両方に同じ条件を与え、同じ熱処理を行う必要があります。
TGA DTAとDSCの違い
定義
TGA: TGAはThermal Gravimetric Analysis（熱重量分析）。
DTA: DTAはDifferential Thermal Analysis（示差熱分析）。
DSC：Differential Scanning Calorimetry（示差走査熱量測定）。
テクニック
TGA：温度変化に伴う試料の質量変化を観察し、分析する。
DTA：同一熱処理において、試料と対照化合物との間に生じる温度差を測定する。
DSC：ある時間における温度変化に対する熱流量を測定する。
分析された化合物
TGA: 無機材料、金属、ポリマー、プラスチック、セラミックス、ガラス、複合材料などの分析に使用できます。
DTA: DTAは、鉱物、高分子、生体材料の熱的特性の分析に使用できます。
DSC: DSCはタンパク質、抗体などの分析に使用できます。
サンプルの性質
TGA：粉末や小片など、固体のままTGAに使用できます。
DTA: 試料は固体のままDTAに使用できる。
DSC：試料は常に液体であり、分析しようとする物質は基準として使用する溶媒に溶解している。
結論
TGA、DTA、DSCは熱分析技術です。
これらの技術は、温度を変化させたときの特定の物質の挙動を分析するために使用されます。
また、特定の化学反応において、反応と温度との関係を調べるためにも利用される。
TGA、DTA、DSCの主な違いは、熱によって生じる試料の変化を測定する方法です。
