忘備録 昇温脱離分析装置とは？
昇温脱離分析装置とは？
昇温脱離分析装置は、「昇温脱離分析（Thermal Desorption Spectroscopy, TDS）」を行うための装置です。
これは、材料を加熱しながら、そこから放出されるガスの種類や量を測定することで、材料の内部に含まれる不純物や成分を分析する機器です。
半導体や電子部品、金属材料、プラスチック、バッテリーなどの研究開発や品質管理に広く利用されています。
主な特徴：
材料の内部にどのようなガスが含まれているかを詳しく調べることができる
高温での測定が可能で、さまざまな種類の材料を分析できる
短時間で精密な測定が可能な加熱技術を搭載
材料の品質管理や新素材の開発に欠かせない装置
どんな場面で使われるのか？
昇温脱離分析装置は、以下のような用途で活用されます。
1. 半導体や電子部品の品質管理
半導体や電子部品の製造では、微量のガスや不純物がデバイスの性能に大きく影響します。
例えば、金属やセラミック部品の内部に水素や酸素、窒素などの不要なガスが含まれていると、絶縁性の低下や動作不良の原因になります。
昇温脱離分析装置を使うことで、材料の中にどのようなガスがどれくらい含まれているのかを正確に測定し、品質を管理することが可能です。
2. 金属材料やプラスチックの研究開発
新しい金属材料やプラスチック材料を開発する際、それらの物質の特性を詳しく分析する必要があります。
昇温脱離分析装置を使用すると、材料を加熱した際に発生するガスを測定し、構造や成分を評価できます。
3. バッテリーや燃料電池の評価
リチウムイオン電池や燃料電池などのエネルギーデバイスでは、電極材料や電解質のガス放出特性が性能や安全性に影響します。
この装置を活用すれば、電池材料からどのようなガスが発生するかを測定し、劣化や発火リスクを事前に評価できます。
昇温脱離分析装置の特徴
1. 高温での分析が可能
一般的な昇温脱離分析装置は800℃程度までの加熱に対応していますが、一部の高性能モデルでは 1200℃までの高温分析が可能 です。
これにより、高温環境でのガス放出特性をより詳細に評価できます。
2. 赤外線加熱方式を採用
試料を赤外線で直接加熱することで、以下のメリットがあります。
試料を 短時間で均一に加熱 できる
余計な熱損失が少なく、 エネルギー効率が良い
高精度な温度制御が可能で、 測定の再現性が高い
3. 微量ガスの高感度検出が可能
わずかに含まれる水素（H₂）、酸素（O₂）、窒素（N₂）などの微量ガスも詳細に分析できます。
材料の純度評価や製造プロセスの最適化に役立ちます。
4. 操作が簡単で自動測定が可能
従来の装置は測定に複雑な操作が必要でしたが、最近のモデルでは 自動測定機能を搭載 しており、初心者でも正確なデータを取得できます。
昇温脱離分析装置の測定プロセス
この装置がどのように材料を分析するのか、測定の流れ を説明します。
1. 材料を装置にセット
調べたい試料（材料）を専用ホルダーにセットし、測定チャンバーに設置します。
2. 真空環境を作る
測定の精度を向上させるため、チャンバー内部を真空状態にします。
これにより、外部の空気が測定結果に影響を与えないようにします。
3. 試料を加熱
赤外線加熱方式を用いて、試料を一定の速度で加熱します。
この過程で、材料内部に閉じ込められていたガスが放出されます。
4. ガスの放出を測定
加熱によって発生するガスを、質量分析計（MS）やガス分析装置（TCDなど）を使って検出・分析します。
5. 結果をデータ化
測定結果は 温度 vs. ガス放出量のグラフ として表示され、どの温度でどんなガスがどれくらい放出されたのかを確認できます。
昇温脱離分析装置を導入するメリット
この装置を活用することで、以下のようなメリットがあります。
品質管理の向上
材料のガス放出特性を詳細に分析し、高品質な製品を生産できる。新材料の開発が加速
研究開発段階で材料の特性を正確に評価でき、新しい材料の開発が効率化される。製造プロセスの最適化
製造中に発生するガスを分析し、プロセスの改善やコスト削減に役立てることができる。バッテリーや半導体の安全性向上
材料の劣化や不純物の影響を事前に把握し、安全な製品設計が可能になる。
What is a thermal desorption analyzer?
A thermal desorption analyzer is a device for performing thermal desorption spectroscopy (TDS). This is an instrument that analyzes impurities and components contained inside a material by heating the material and measuring the type and amount of gas released from it. It is widely used in research and development and quality control of semiconductors, electronic parts, metal materials, plastics, batteries, etc.
Main features:
Can investigate in detail what gases are contained inside the material
Can measure at high temperatures and analyze various types of materials
Equipped with heating technology that allows precise measurement in a short time
Indispensable device for material quality control and development of new materials
In what situations is it used?
A thermal desorption analyzer is used for the following purposes.
Quality control of semiconductors and electronic parts
In the manufacture of semiconductors and electronic parts, trace amounts of gases and impurities have a significant impact on the performance of the device. For example, if unnecessary gases such as hydrogen, oxygen, and nitrogen are contained inside metal or ceramic parts, it can cause a decrease in insulation and malfunction. By using a thermal desorption analyzer, it is possible to accurately measure what gases are contained in the material and how much of them, and to control the quality.
Research and development of metal materials and plastics
When developing new metal materials or plastic materials, it is necessary to analyze the properties of these substances in detail. By using a thermal desorption analyzer, it is possible to measure the gases that are generated when the material is heated and evaluate the structure and components.
Evaluation of batteries and fuel cells
In energy devices such as lithium-ion batteries and fuel cells, the gas emission properties of electrode materials and electrolytes affect performance and safety. By using this device, it is possible to measure what gases are generated from battery materials and evaluate the risk of deterioration and fire in advance.
Features of thermal desorption analyzers
High temperature analysis is possible
General thermal desorption analyzers can handle heating up to about 800°C, but some high-performance models can perform high-temperature analysis up to 1200°C. This allows for more detailed evaluation of gas emission properties in high-temperature environments.
Adopts infrared heating method
Directly heating the sample with infrared rays has the following advantages.
The sample can be heated uniformly in a short time.
Low heat loss and good energy efficiency.
High-precision temperature control is possible, and measurement reproducibility is high.
High-sensitivity detection of trace gases is possible.
Trace gases such as hydrogen (H₂), oxygen (O₂), and nitrogen (N₂) can be analyzed in detail. This is useful for evaluating the purity of materials and optimizing manufacturing processes.
Easy to operate and automatic measurement is possible.
Conventional devices required complex operations for measurement, but recent models are equipped with automatic measurement functions, so even beginners can obtain accurate data.
Measurement process of thermal desorption analyzer
We will explain the measurement flow of how this device analyzes materials.
Set the material in the device.
Set the sample (material) to be examined in a dedicated holder and place it in the measurement chamber.
Create a vacuum environment.
To improve the accuracy of the measurement, create a vacuum inside the chamber. This prevents outside air from affecting the measurement results.
Heat the sample
The sample is heated at a constant rate using infrared heating. During this process, gas trapped inside the material is released.
Measure the release of gas
The gas generated by heating is detected and analyzed using a mass spectrometer (MS) or gas analyzer (TCD, etc.).
Digitalize the results
The measurement results are displayed as a graph of temperature vs. gas release amount, allowing you to see how much of what gas was released at what temperature.
Benefits of introducing a thermal desorption analyzer
The use of this device has the following benefits.
Improved quality control: The gas release characteristics of materials can be analyzed in detail, allowing high-quality products to be produced.
Accelerated development of new materials: The characteristics of materials can be accurately evaluated at the research and development stage, making the development of new materials more efficient.
Optimized manufacturing process: Gases generated during manufacturing can be analyzed and used to improve processes and reduce costs.
Improved safety of batteries and semiconductors: Material deterioration and the effects of impurities can be identified in advance, enabling safe product design.