Γλωσσάριο
Θερμική σταθερότητα
Ένα υλικό είναι θερμικά σταθερό εάν δεν αποσυντίθεται υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Ένας τρόπος προσδιορισμού της θερμικής σταθερότητας μιας ουσίας είναι η χρήση ενός TGA(θερμοβαρυμετρικός αναλυτής).
Το πρότυπο ASTM E2550 περιγράφει τη θερμική σταθερότητα ενός υλικού ως τη "θερμοκρασία στην οποία το υλικό αρχίζει να αποσυντίθεται ή να αντιδρά, καθώς και την έκταση της μεταβολής της μάζας που προσδιορίζεται με θερμοβαρυμετρία". Προσθέτει ότι "η απουσία αντίδρασης ή αποσύνθεσης χρησιμοποιείται ως δείκτης θερμικής σταθερότητας".
Παράδειγμα: Προσδιορισμός της θερμικής σταθερότητας της ασπιρίνης®
Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η καμπύλη TGA του ακετυλοσαλικυλικού οξέος (γνωστότερου ως Aspirin®) κατά τη θέρμανση στους 600°C σε ατμόσφαιρα αζώτου. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον μηχανισμό αποσύνθεσης του ακετυλοσαλικυλικού οξέος, κάντε κλικ εδώ.
Μέσω της καμπύλης TGA ανιχνεύθηκαν δύο στάδια απώλειας μάζας (συμπαγής γραμμή). Κάθε ένα από αυτά τα βήματα αξιολογείται μέσω του προσδιορισμού των:
- Χαρακτηριστική θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα η απώλεια μάζας
- Έκταση της μεταβολής της μάζας κατά τη διάρκεια του βήματος
Θεωρητικά, μπορούν να παρουσιαστούν τρεις χαρακτηριστικές θερμοκρασίες για ένα βήμα απώλειας μάζας:
- Θερμοκρασία αιχμής της DTG (1η παράγωγος της καμπύλης TGA, διακεκομμένη γραμμή)
- Προεκτεταμένη θερμοκρασία έναρξης σύμφωνα με το πρότυπο ISO 11358-1. Πρόκειται για "το σημείο τομής της βασικής γραμμής αρχικής μάζας και της εφαπτομένης της καμπύλης TGA στο σημείο της μέγιστης κλίσης"
- Θερμοκρασία έναρξης σύμφωνα με το ASTM E2550. Πρόκειται για το "σημείο της καμπύλης TGA όπου παρατηρείται για πρώτη φορά απόκλιση από την καθορισμένη γραμμή βάσης πριν από το θερμικό συμβάν"
Στο παράδειγμα που παρουσιάζεται, το πρώτο βήμα απώλειας μάζας λαμβάνει χώρα στις ακόλουθες χαρακτηριστικές θερμοκρασίες:
- 161°C (κορυφή της καμπύλης DTG, σχήμα 1),
- 143°C (προεκτιμώμενη θερμοκρασία έναρξης της καμπύλης TGA, σχήμα 1) ή
- 102°C (θερμοκρασία έναρξης σύμφωνα με την ASTM E2550, σχήμα 2). Αυτή η τρίτη τιμή χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της θερμικής σταθερότητας του εξεταζόμενου δείγματος ακετυλοσαλικυλικού οξέος.
Λάβετε υπόψη ότι η μέθοδος περιορίζεται σε υλικά που αντιδρούν ή αποσυντίθενται στο υπό εξέταση εύρος θερμοκρασιών- δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξάχνωση ή εξαέρωση.
Σημειώσεις σχετικά με τις συνθήκες μέτρησης:
Καθώς τα αποτελέσματα επηρεάζονται από τη μάζα του δείγματος, την ατμόσφαιρα (αέριο και ταχύτητα ροής), τον ρυθμό θέρμανσης και τον τύπο του χωνευτηρίου, είναι ζωτικής σημασίας ο καθορισμός των συνθηκών μέτρησης. Για τον ίδιο λόγο, τα αποτελέσματα για δύο δείγματα μπορούν να συγκριθούν μόνο εάν οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν υπό πανομοιότυπες συνθήκες.
Συνιστώνται οι ακόλουθες συνθήκες μέτρησης:
- Μάζα δείγματος: μεταξύ 1 και 10 mg, για παράδειγμα, 5 mg
- Ρυθμός θέρμανσης: 10 έως 20 K/min (χαμηλότερη για ενεργητικές αντιδράσεις: 1 έως 10 K/min)
- Ρυθμός ροής της ατμόσφαιρας: 20 έως 100 ml/min
Στο παράδειγμα που παρουσιάζεται, η θερμική σταθερότητα δίνεται στους 102°C για μια μέτρηση σε ακετυλοσαλικυλικό οξύ σε δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου (ροή αερίου: 40 ml/min), που πραγματοποιήθηκε σε δείγμα 5 mg σε ανοικτό χωνευτήρι οξειδίου του αλουμινίου και με ρυθμό θέρμανσης 10 K/min.
