Análise Térmica Química Analítica Instrumental UPF – Curso de Química 2004/2 Prof. Edgardo...
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Análise Térmica
Química Analítica Instrumental
UPF – Curso de Química
2004/2
Prof. Edgardo Prado
Definição
• É o conjunto de técnicas nas quais uma propriedade física de uma substância ou de
seus produtos de reação é medida em função da temperatura enquanto a
substância é submetida a uma programação de temperatura controlada.
Programação de Temperatura
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Velocidades constantes
10oC/min
6oC/min
1oC/min
ISOTERMA
Tem
pera
tura
(oC
)
Tempo (min)
Modulated DSC Heating Profile
Análise térmica
Técnicas Princípio
Análise Termogravimétrica (TGA)
Massa monitorada durante aquecimento/resfriamento
Análise Térmica Diferencial (DTA)
Temperatura diferencial devido a reações endo/ exotérmicas
Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC)
Mudança de entalpia devido a reações
Dilatometria e propriedades mecânicas (TMA e DMA)
Expansão ou retração durante aquecimento/resfriamento
[Reed
, 1
99
5:8
6]
Métodos de AT
• Mudanças de Massa
TGA Thermo Gravimetric AnalyserTG/DTA Thermo Gravimetric/ Differential Thermal Analyser
• Aplicações
Estabilidade TérmicaEstabilidade Oxidativa Quantidade de água/solventesAnálise Composicional
Métodos de AT
• Efeitos Calorimetricos
DSC Differential Scanning CalorimeterDTA Differential Thermal Analyser
• Aplicações
Fusão de amostrasTemperaturas de Transição VítreaCristalizaçãoHistoria TérmicaEstabilidade Oxidativa
Métodos de AT
• Mudanças de DimensõesTMA Thermo Mechanical AnalyserTMA/SS Thermo Mechanical Analyser/Stress Strain
• Aplicações
Coeficiente de Expansão TérmicaTemperatura de Transição VítreaEncolhimentoAmolecimentoFadigaRelaxação de Tensões
Métodos de AT
• Propriedades ViscoelasticasDMA Dynamic Mechanical AnalyserDMTA Dynamic Mechanical Thermal AnalyserDMS Dynamic Mechanical Spectrometer
• ApplicaçõesTransição Vítrea, Dependencia da FrequenciaTransições de Segunda e Terceira OrdemRigidez à flexão (stiffness)Grau de OrientaçãoDamping, Absorção de Vibrações
• DTA é a técnica mais antiga.
• Abaixo está apresentado o arranjo
clássico.
Análise Térmica Diferencial – DTA O DTA é uma técnica térmica onde a temperatura de uma amostra, quando
comparada com a de um material termicamente inerte, é registrada em função do tempo, à medida que a amostra é aquecida ou resfriada, a uma
velocidade constante.
• S e R são cadinhos onde são colocadas a amostra e o material de referência, respectivamente.
• Em cada cadinho há um termopar para medir a temperatura.
DTA
Análise Térmica Diferencial - DTA
• Medidas relativas ao comportamento de um padrão inerte.
• não necessita de linha base
• utiliza um único forno
• Menos preciso
• Os componentes básicos
de um equipamento de DTA
estão esquematizados na
figura.
Termobalança
TGA
Porta-amostras para TGA
Porquê amostras tão pequenas?
TGA
TGA
TGA e DTA Simultâneas
DSC- Aquecedores independentes, mesma programação
de temperatura para a amostra e a referência
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC
Porta-amostras para DSC
Al Pt alumina Ni Cu quartz
Typical DSC scan : continuous heating of PEEK
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC
• A técnica DTA é muito utilizada, particularmente para
temperaturas elevadas (>1000°C), ou em ambientes
agressivos, onde o DSC não pode ser utilizado.
H = Cp
dT
Área dos Picos
Velocidade de aquecimento
Histerese
quartzo
vidro
vidro com sódio
Tipos de Cristais esferulito e lamela
% de Cristalinidade
110 120 130 140 150-20.0k
-15.0k
-10.0k
-5.0k
0.0
EN
DO
H: 165 mj/mg
H: 132 mj/mg
134oC
132oC
D
SC
, W
Temperature, oC
HDPE Detergent Bottles HDPE Milk Bottles
H = 200 mJ/mg fusão de 100% HDPE cristalino por DSC
• polymer from detergent bottles (132/200)x100 = 66% crystalline
• polymer used for milk bottles (165/200)x100 = 82.5% crystalline.
•DMA
Tipos de análises
1. Expansão/Dilatação
2. Elasticidade/Flexão
3. Penetração
4. Estiramento
Flexão Compressão
TMA Measurements
• Heating from 20 to 270 °C with 2 K/min
• Tension Mode
• Applied Force:
• Atmosphere: Nitrogen, 100 ml/min
TMA Results
DMS Measurements
1. Cooling from 20 to –150°C with 10 °C/min
2. Heating from –150 to 260 with 2 K/minFrequency range: 0.5 to 5 Hz
Tension Mode
Minimum Tension Force: 200 mN
Aplitude: 10 µm
DMS Results
DMS ResultsComparison of E‘ curves
DMS ResultsComparison of E‘ curves, log scale
DMS ResultsComparison of E‘‘ curves
DMS ResultsComparison of tan delta curves