忘備録 TDS（Temperature Desorption Spectroscopy）とTPD（Temperature Programmed Desorption）
TDS（Temperature Desorption Spectroscopy）とTPD（Temperature Programmed Desorption）は、どちらも昇温脱離分析に基づく手法ですが、その違いは目的、データの取り扱い、分析手法、適用範囲にあります。それぞれをさらに詳しく掘り下げて説明します。
1. 目的の違い
TDS（温度脱離分光法）
目的: 表面から脱離する分子やガスの種類を特定し、質的な情報を得ること。
特徴:
主に「何が脱離したのか？」に焦点を当てる。
吸着分子や表面汚染物質の定性分析が主な用途。
測定結果から分子やガスの種類、化学結合の特性を明らかにする。
TPD（昇温脱離法）
目的: 脱離の動力学特性や吸着エネルギー、反応の機構を定量的に理解すること。
特徴:
「どの温度で脱離したか？」や「脱離速度はどう変化するか？」に注目。
表面に吸着した分子の結合強度や反応性の評価に使用。
データ解析を通じて吸着エネルギーや表面反応のモデルを導き出す。
2. 測定データの扱い
TDS
データは分光スペクトル（例: 質量分析や光吸収スペクトル）として記録される。
質量数や化学的特性から、脱離分子やガスの種類を特定。
一般的に定性的な分析が中心。
グラフ例: 脱離した分子の質量数（横軸）と強度（縦軸）のスペクトル。
TPD
脱離プロファイルとして、温度と脱離量の関係を記録。
温度プログラムに従った脱離速度を解析し、吸着エネルギーや反応速度論的な情報を導出。
一般的に定量的な分析が中心で、動力学モデルを用いる。
グラフ例: 温度（横軸）と脱離速度（縦軸）のプロファイル。
3. 分析手法の違い
TDS:
分光技術を用いるため、質量分析計（Mass Spectrometer, MS）や光学分光計が必要。
測定では、特定の分子を識別するためにスペクトルデータを収集。
分子の種類を特定するために複数のピークが現れることが一般的。
TPD:
温度制御装置を使い、試料温度を一定の速度で上昇させながら、脱離するガスの量をモニタリング。
測定値を動力学モデルに適用し、吸着エネルギーや反応機構を推定。
脱離速度や吸着エネルギーの計算には、ArrheniusプロットやRedheadの方法が用いられる。
TDS (Temperature Desorption Spectroscopy) and TPD (Temperature Programmed Desorption)
Both TDS (Temperature Desorption Spectroscopy) and TPD (Temperature Programmed Desorption) are methods based on temperature programmed desorption analysis, but the differences lie in their purpose, data handling, analysis method, and scope of application. Let's go into more detail and explain each in detail.
Differences in purpose
TDS (Temperature Desorption Spectroscopy)
Purpose: To identify the type of molecules or gases desorbed from the surface and obtain qualitative information.
Characteristics:
Focuses mainly on "what has desorbed?"
Mainly used for qualitative analysis of adsorbed molecules and surface contaminants.
Clarifies the type of molecules or gases and the characteristics of chemical bonds from the measurement results.
TPD (Temperature Programmed Desorption)
Purpose: To quantitatively understand the kinetic characteristics of desorption, adsorption energy, and reaction mechanism.
Characteristics:
Focuses on "at what temperature did desorption occur?" and "how does the desorption rate change?"
Used to evaluate the bond strength and reactivity of molecules adsorbed on a surface.
Models of adsorption energy and surface reactions are derived through data analysis.
Handling of measurement data
TDS
Data is recorded as a spectroscopic spectrum (e.g., mass spectrometry or optical absorption spectrum).
The type of desorbed molecule or gas is identified from the mass number and chemical properties.
Generally, qualitative analysis is the focus.
Example graph: Spectrum of mass number (horizontal axis) and intensity (vertical axis) of desorbed molecules.
TPD
The relationship between temperature and amount of desorption is recorded as a desorption profile.
The desorption rate according to the temperature program is analyzed to derive adsorption energy and reaction kinetic information.
Generally, quantitative analysis is the focus, and a kinetic model is used.
Example graph: Profile of temperature (horizontal axis) and desorption rate (vertical axis).
Differences in analytical methods
TDS:
Spectroscopic technology is used, so a mass spectrometer (MS) or optical spectrometer is required.
In the measurement, spectral data is collected to identify specific molecules.
Typically, multiple peaks appear to identify the type of molecule.
TPD:
Using a temperature control device, the amount of desorbed gas is monitored while the sample temperature is raised at a constant rate.
The measured values are applied to a kinetic model to estimate the adsorption energy and reaction mechanism.
The Arrhenius plot and Redhead's method are used to calculate the desorption rate and adsorption energy.