アプリケーションノート

要約：近年、ノートパソコンからスマートフォンに至る携帯電子機器への電力需要の高まりが、バッテリー性能の向上を必要としておりますが、電気自動車やハイブリッド車の登場により、新たなバッテリー技術への関心が高まっております。携帯型エネルギー貯蔵装置の普及拡大に伴い、単なる電池容量の向上を超えた要素が重要視されるようになりました。電池技術の進化に伴い、コスト、安全性、環境への影響は重要な考慮事項です。リチウムイオン電池は、市販の充電式電池システムの中で最高のエネルギー密度と出力電圧を提供します。リチウムイオン電池は現在確立された技術ではありますが、現行技術の改良や新たな電池部品の開発に対する関心は依然として高いものです。電池および電池部品の評価には、新素材の開発だけでなく、充放電サイクルに関わるメカニズムの理解を深めるためにも、様々な分析手法が必要となります。部品のバルク分析は重要ですが、表面相互作用や界面を理解することも同様に重要です。セルの電気化学的評価には、導電率測定、部品の電気化学的安定性、セル容量、イオン移動度、放電速度、サイクル特性などが含まれます。各種セル構成部品の材料特性評価には、XRD、SEM、TEM、TGA、DSC、EDSなど多様な分析技術が用いられますが、材料分析において急速に普及が進んでいる手法がラマン分光法です。ラマン分光法には多くの利点がありますが、電池応用において最も重要なのは、分子構造や局所的な化学環境の微妙な変化を捉える能力です。測定結果は通常、電気化学的性能と相関させることが可能です。ここ数年で市販のラマン装置は著しい進歩を遂げております。ハードウェアとソフトウェアの両面における重要な進歩により、現代のラマン装置は格段に使いやすくなり、専門知識が限られたユーザーにとってラマン分光法の日常的な利用を困難にしていた多くの障壁が取り除かれました。

要約：ノートパソコンや携帯電話から電動工具、ハイブリッド車に至るまで、携帯型エネルギー貯蔵装置の利用は急速に拡大しております。用途の数や種類が増えるにつれ、電池機能の拡張に対する需要は絶えず高まっています。
用途ごとに技術への要求事項（電位、容量、放電速度、充電速度、寿命、動作条件など）が異なります。普及が進むにつれ、安全性や環境への影響といった要素への関心も高まります。電池構成要素の分析は、新素材の開発だけでなく、充放電メカニズムの研究、さらには電池製造に使用される材料の品質確認においても重要です。電池の複雑な性質には、電気化学分析と材料特性評価技術の多面的な組み合わせが求められます。ラマン分光法は、様々な電池構成要素の特性評価に活用できる重要な分析技術として台頭しています。リチウムイオン電池の開発と商業化には相当な取り組みがなされてきましたが、現行技術の改良や新たな電池構成要素の開発に対する関心は依然として高い状態です。本アプリケーションノートでは、リチウムイオン電池用負極材料の分析事例に焦点を当てます。正極材料や電解質材料の分析におけるラマン分光法の応用例については、別途アプリケーションノートが用意されております。ここでご紹介する事例は、文献の網羅的なレビューを意図したものではありませんが、電池構成要素、特に負極材料の分析におけるラマン分光法の有用性を示すことを目的としています。

要約：今日の社会は非常に移動性が高く、この移動性に伴い携帯型エネルギー源への需要が増大しています。より優れた電池技術への要求は高まり続けています。用途によっては非常に小型の電池が使用される一方、ハイブリッド車などでははるかに大型の電池が使用されます。個々の要件（電位、容量、放電速度など）は用途によって異なります。電池性能とコストは、あらゆる新電池技術において依然として極めて重要な要素であるが、安全性や環境影響といった要素の重要性も増している。電解質は電池内での電荷輸送を担う。この輸送が阻害されると電池性能に悪影響を及ぼす。電解質は電荷を効率的に輸送できる必要があるが、同時に充放電条件下でも安定していなければならない。電池内部での電解質の副反応は電池性能を低下させるだけでなく、寿命を縮めます。電解質の機能性を向上させるには、電解質そのものの理解やその作用機序だけでなく、他の電池構成要素との相互作用も理解する必要があります。

要約：製薬業界は、製品製剤中の有効成分（API）を完全に特性評価できる必要がある。一部のAPIは異なる構造形態をとり、薬物の機能的挙動に影響を及ぼす。溶媒和物、多形体、結晶化度、塩形成はすべて、APIの構造変動の可能性を示すものである。これらの変動は薬物の送達方法や治療効果に影響を与える可能性がある。成分の均一な分布は、製剤開発や製造工程の確立においてしばしば重要な要素となる。様々な製造プロセスはAPIの性質や分布を変化させる可能性があるため、最終製品だけでなく、これらの加工工程後の製品を確認することが必要となる場合が多い。ラマン分光法は成分の同定・検証に加え、分子構造や化学環境に関する詳細情報を提供できる。極めて類似した物質の識別にも活用可能である。例えば、同一化学物質が異なる結晶形態で存在する多形体を区別できる。存在する多形体は結晶化条件や各形態の安定性に依存する。一部の多形体は加工工程中に他の形態へ転化する可能性がある。これは多形体が治療効果に差異をもたらす可能性があるため留意すべき点である。さらに、ある多形体が特許で保護されている一方、別の形態が保護対象外の場合、知的財産権上の問題が生じる恐れがある。ラマンイメージングはこの強力な分光分析技術を応用し、サンプル全体に展開することでサンプル画像を生成する。これにより極めて強力なイメージング・分析ツールとしての実証がなされている。

要約：琥珀は、何百万年もかけて重合、長い炭素鎖有機物の架橋、樹脂内の揮発性物質の放出によって化⽯化した樹脂です。琥珀は、ジュエリー、美術⼯芸品、民間療法などの伝統的な⽤途から、スキンケア製品、⾹⽔、血液保存装置などの現代的な⽤途まで、幅広い⽤途があります。本物の琥珀は需要の高い商品であり、その高い価値により、天然樹脂と合成樹脂の両⽅が豊富な大規模な模造品市場が育まれてきました。コパルは、琥珀の模造品として使⽤される天然樹脂の⼀例です。これは、化⽯化プロセスを完全に経ていない、成熟度の低い樹木の樹脂製品であり、その結果、琥珀よりも安価です。本物の琥珀と模造品を⾒分けることは、科学的、商業的、個人的な理由から重要です。琥珀の真贋を判定するために使⽤できる簡単な化学的および物理的テストがいくつかあります。これらのテストには、有機溶媒への溶解性、⽐重をテストするための塩⽔への浮遊、融点の評価、さらには引っかきテストによる硬度の評価などがあります。これらのテストの主な制限は、標本の完全性が損なわれる可能性があることから生じ、芸術的、考古学的、または歴史的に重要な品物を扱う場合には、これが禁止される可能性があります。そのため、ラマン分光法は、主に非破壊的なサンプル処理により、琥珀の識別と特性評価に魅力的なソリューションを提供します。

要約：果糖コーンシロップは、特に⽶国などのトウモロコシの供給が豊富な世界各地で⽣産されています。⾼果糖コーンシロップ (HFCS) は、スクロース (砂糖) と似た甘さを持つため、ソフトドリンクや食品業界ではスクロースの直接的な代替品として使用されています。最も一般的なグレードの HFCS には、42% と 55% の果糖が含まれています。⾼果糖コーンシロップには、保存期間が⻑い、輸送が簡単、液体と粉末の混合が簡単、トウモロコシが豊富な地域ではコストが低いなど、スクロースに⽐べて多くの利点があります。プロセスのさまざまな段階で、特にフルクトースとグルコースの割合に関して、リアルタイムの炭水化物プロファイルを分析すると、再処理コストが削減され、最終製品の品質が保証されます。Thermo Scientific Antaris フーリエ変換近赤外 (FT‑NIR) 分析装置は、光ファイバー プローブを使用してサンプルを準備せずにインラインで迅速に測定できるため、傾向分析と閉ループ制御戦略を簡単に実装できます。FT‑NIR は、動的に変化するプロセスの結果が⼤幅に遅れ、頻繁にサンプルをラボに持ち込む必要がある時間のかかる HPLC 分析に代わるものです。

要約：ポリエチレンは、化学的に架橋して強化し、⾼性能用途に使用できる、一般的に使用されているポリマーです。架橋ポリエチレン (PEX) は、温⽔放射暖房システム、電気ケーブルの絶縁材、家庭用⽔道管によく使用されます。PEX パイプには、25 年の耐用年数、少ない継手での簡単な設置、腐⾷環境における安定性、バイオフィルムの蓄積に対する耐性など、他のパイプ材料に比べて多くの利点があります。さらに、銅パイプの費用がかさむため、家庭の給⽔配管における PEX の使用は最近増加しています。これらの利点により、1984 年以降、米国では 20 億フィートを超える PEX パイプが設置されています。

要約：凍結乾燥された物質は、容器を開けると製品が破損するため、QA/QC測定が難しいサンプルです。近赤外線分析は、ガラスやプラスチックなどの容器をスキャンして内部のサンプルを⾮破壊的に分析できるため、凍結乾燥された物質に最適な QC ⽅法です。現在の研究では、医療および歯科分野で一般的に使用されている局所凝固剤であるトロンビンの凍結乾燥サンプルを分析する際の Thermo Scientific™ Antaris™ II フーリエ変換近赤外線 (FT‑NIR)分光計の性能を実証しています。凍結乾燥トロンビンの主要安定性パラメータである水分と有効性は、多変量解析を用いることで単一スペクトルから同時に予測可能です。凍結乾燥ケーキの分析におけるその他の考慮事項についても論じる。

要約：市販されている医薬品製剤の大部分は、経⼝摂取⽤に設計された錠剤とカプセルです。フーリエ変換近⾚外線 (FT‑NIR) 分析は、これらの物質を測定するための強力な手法です。このアプリケーションノートでは、Thermo Scientific™ Antaris II™ FTNIR分析装置でソフトジェルと標準錠剤用のそれぞれの検出器を使⽤する利点について説明します。錠剤とソフトジェルカプセルの拡散反射スペクトルと透過スペクトルも示します。

要約：この研究はFT-NIR分光法がプロセスチーズの製造工程中の定量分析に理想的なツールであることを示しています。脂肪とドライ分という2つの成分が分析されました。部分最小二乗法は、同じサンプルのスペクトルからこれら2つの成分を同時に予測できるように構築されました。