Introducción
Al comparar la función de medición de una balanza analítica con la de una termobalanza, pueden observarse dos diferencias básicas. Cuando las balanzas analíticas se utilizan para la preparación de muestras en un laboratorio, los paneles sellables garantizan que ninguna corriente de aire pueda perturbar la señal de pesaje; además, el proceso de pesaje no suele durar más de 10 a 30 segundos. En cambio, con las termobalanzas, la cámara de muestras se purga continuamente con un flujo de gas portador; y una medición, como la que va de la temperatura ambiente a 1100°C a una velocidad de calentamiento de 10 K/min, dura casi dos horas. Por lo tanto, en el caso de las termobalanzas, las exigencias de resistencia a las interferencias y, en particular, de estabilidad a largo plazo de la señal de medición, son significativamente mayores.
Con cualquier método analítico, el instrumento de medición se ajusta y calibra antes de investigar la muestra. A continuación, suele establecerse el denominado "valor en blanco", que engloba cualquier influencia que no pueda atribuirse a la muestra. El software de medición y evaluación suele permitir la corrección de los valores medidos utilizando el valor en blanco. Esto, a su vez, permite determinar y eliminar las desviaciones sistemáticas, así como las influencias derivadas del propio instrumento de medición o de las condiciones de medición seleccionadas.
Determinación del valor en blanco con ayuda de mediciones de corrección
También en el caso de las termobalanzas, la señal de medición se corrige utilizando un valor en blanco. Normalmente, este valor se determina utilizando un crisol vacío y condiciones de medición idénticas a las que se utilizarán en la muestra. Esta medición de corrección se guardará en el software como un conjunto de datos independiente. Tras la medición de una muestra, el operario puede comparar el resultado no corregido con el corregido en función de la temperatura, todo ello con sólo pulsar un botón en el software de evaluación. Sin embargo, al realizar una determinación de valor en blanco de este tipo, las mayores influencias que deben corregirse en la señal de medición no proceden en realidad del propio instrumento de medición, sino que son atribuibles más bien a las condiciones de medición. El flujo permanente de gas de purga y el cambio de temperatura en la cámara de muestras son responsables del cambio dependiente de la temperatura en las condiciones de flujo, así como de la DensidadThe mass density is defined as the ratio between mass and volume. densidad del gas de purga. Por lo tanto, se produce un cambio en la flotabilidad experimentada por el portamuestras y, por lo tanto, también por la propia muestra.
Un buen termobalance se caracteriza por una buena reproducibilidad de los resultados de medición. Esto demuestra unas condiciones de medición estables que siempre registran las influencias puramente físicas descritas anteriormente en el resultado de la medición de forma coherente y, por lo tanto, garantiza una buena corrección de los resultados de la muestra.
En la figura 1 se muestra una comparación de dos determinaciones de valores en blanco (rojo y verde) que atestiguan la buena reproducibilidad del TG 209 F1 Libra®. La sustracción de estos valores ciegos da como resultado un valor cero casi ideal (azul) en todo el rango de temperaturas. Durante las mediciones termogravimétricas, la atmósfera de la muestra se cambia a menudo de un flujo de gas inerte (normalmente nitrógeno) a condiciones oxidantes (normalmente aire sintético u oxígeno) para seguir la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis con una combustión dirigida, como la combustión del Negro de humoTemperature and atmosphere (purge gas) affect the mass change results. By changing the atmosphere from, e.g., nitrogen to air during the TGA measurement, separation and quantification of additives, e.g., carbon black, and the bulk polymer can become possible.negro de humo pirolítico. Tal cambio de gas y el cambio asociado en el flujo de gas constituyen una perturbación importante para la señal de pesaje. Incluso una perturbación de esta magnitud puede compensarse casi totalmente dentro de la corrección, gracias a los controladores de flujo másico (MFC) y a la buena reproducibilidad asociada de los cambios en las condiciones de medición. La incertidumbre de medición durante el cambio de gas es de 0,007 mg a 600 °C, lo que, para una masa de muestra muy típica de 10 mg, equivale a una incertidumbre de medición de ± 0,07%.
La determinación del valor en blanco y la consiguiente capacidad de corrección de los valores de medición permiten obtener resultados de medición muy precisos, incluso cuando las masas de las muestras son de tan solo small como 10 mg y las condiciones físicas son las descritas anteriormente.
Corrección mediante BeFlat®
Aunque el método descrito anteriormente para determinar los valores en blanco y realizar la corrección subsiguiente funciona muy bien, también requiere un aumento del esfuerzo de medición. Esto se debe a que las variaciones en las condiciones de medición -como el material y la forma del crisol, el tipo de gas de purga, la velocidad del gas de purga y la velocidad de calentamiento- afectan a los resultados de medición en distintos grados. Hasta ahora, esto sólo se podía corregir realizando las mediciones de corrección exactamente en las mismas condiciones de medición cambiantes para cada serie de mediciones.
La corrección BeFlat® mantiene un registro de la dependencia de la temperatura para las influencias de medición, la velocidad de calentamiento, los diferentes gases de purga (como argón, aire y nitrógeno) y las velocidades de flujo de gas, y por lo tanto puede proporcionar la corrección adecuada para las condiciones de medición seleccionadas sin tener que llevar a cabo una determinación del valor en blanco en forma de una medición de corrección. Para aproximadamente el 98% de todas las combinaciones posibles de influencias de medición, la corrección correspondiente dependiente de la temperatura ya está disponible y se puede recuperar en cualquier momento. Por supuesto, esta corrección también puede activarse o desactivarse a través del software de evaluación; el conjunto de datos para la medición de la muestra real permanece inalterado.
La figura 2 muestra la diferencia entre dos mediciones realizadas con crisoles vacíos en las mismas condiciones de medición: una con la corrección (azul) y otra sin ella (azul) BeFlat® (azul) y la otra sin la corrección BeFlat® corrección (rojo).
En la figura 3 se presenta un ejemplo de aplicación de la corrección BeFlat® a la investigación de una reacción de deshidratación térmica. Aquí puede verse claramente que la corrección BeFlat® (azul) concuerda muy bien con el resultado de una corrección convencional realizada mediante una medida de corrección (verde). En los casos en los que la calidad de las correcciones es prácticamente la misma, la ventaja de utilizar la corrección BeFlat® es el enorme ahorro de tiempo que supone eliminar las mediciones de corrección adicionales.
