Introducción
El campo del análisis térmico comprende métodos para la caracterización de propiedades físicas y químicas o cambios de propiedades en función de la temperatura. La termogravimetría permite cuantificar los cambios de masa, por ejemplo, la liberación de gases de reacción y Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición. Cuando estos gases se transfieren a una célula de medición de gases, también es posible identificarlos. El denominado acoplamiento TGA-FT-IR es una combinación probada de un método de análisis analítico y espectroscópico.
El horno de alta velocidad (sección transversal en la figura 2), que puede funcionar a velocidades de calentamiento de hasta 1.000 K/min, es un complemento bastante novedoso de la acreditada STA 449 F1 Jupiter® (figura 1) (en la actualidad se dispone de sistemas de hornos para las más variadas aplicaciones que cubren un rango de temperaturas de -150 °C a 2.400 °C).
En esta nota de aplicación se analizará la influencia de la velocidad de calentamiento y la velocidad de liberación correspondiente en los resultados de las mediciones termogravimétricas y espectroscópicas.
Resultados
a) Polipropileno PP
Cuando se varía la velocidad de calentamiento durante los experimentos termoanalíticos, los efectos detectados se desplazan hacia temperaturas más altas con velocidades de calentamiento crecientes (figura 3). Esto es bien conocido y puede utilizarse para evaluaciones cinéticas. Al aumentar la temperatura de liberación, también aumenta significativamente la velocidad de liberación (figura 4). Por lo tanto, la concentración de los gases de muestra que deben analizarse en el flujo constante de gas portador también aumenta y los gases de muestra pueden detectarse e identificarse fácilmente. Sin embargo, los pasos de pérdida de masa no dependen de la velocidad de calentamiento.
b) CaCO3
La relación entre la velocidad de calentamiento y la temperatura de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición a una altura de paso constante, comentada para la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis del propileno, también puede observarse durante la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica del carbonato cálcico en óxido de calcio y dióxido de carbono (figuras 5 y 6).
La figura 7 muestra la intensidad de absorción de las correspondientes trazas de Gram-Schmidt, que se espera que aumente al aumentar la velocidad de calentamiento. Cabe señalar aquí que el transporte de los gases de muestra liberados a la célula de medición de gases por IR apenas se retrasa debido a las rápidas velocidades de calentamiento. Esto puede observarse en la comparación de la velocidad de liberación máxima (DTA) con la intensidad IR máxima (GS) en la figura 8.
c) CaC2O4 x H2Omezclado con SiO2
Para investigar el límite de detección, se preparó una mezcla de oxalato de calcio monohidratado (CaC2O4 x H2O) y arena de cuarzo (SiO2). La proporción de mezcla seleccionada fue de 1:10 para que la liberación esperada de agua correspondiera aproximadamente al 1% de la masa de la muestra. La liberación térmica de aproximadamente un 1% de agua de esta mezcla no pudo detectarse a una velocidad de calentamiento de 20 K/min; empleando una velocidad de calentamiento de 200 K/min, sin embargo, pudo detectarse claramente (figuras 9 a 11).
Resumen
Mediante velocidades de calentamiento rápidas de hasta 500 K/min, es posible aumentar considerablemente las velocidades de liberación de productos gaseosos de una muestra. Por lo tanto, su concentración también aumenta en comparación con el gas portador, lo que se traduce en una mejora significativa del límite de detección de un acoplamiento TGA-FT-IR.