Les techniques d’analyse thermique mesurent les propriétés physiques et chimiques des matériaux en fonction de la température. L’Analyse Thermogravimétrique (ATG) surveille les changements de masse, tandis que la Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC) mesure le flux thermique associé aux transitions thermiques.
Analyse Thermogravimétrique (ATG)
En ATG, une balance de précision mesure en continu la masse d’un échantillon lorsqu’il est chauffé ou refroidi à une vitesse contrôlée dans une atmosphère définie telle que N2, O2, air ou Ar. Une courbe ATG (thermogramme) trace la masse ou le pourcentage de masse en fonction de la température ou du temps, où les pertes de masse indiquent une décomposition, une évaporation, une désorption ou une oxydation. La dérivée première (DTG) met en évidence la température de vitesse de décomposition maximale et aide à résoudre les événements qui se chevauchent.
Instrumentation ATG
L’instrumentation comprend une microbalance avec une sensibilité de 0,1 µg, située au-dessus ou au-dessous du four pour la protéger de la chaleur ; un four capable de chauffer de la température ambiante à 1000-1600°C avec des rampes de température programmables de 1-50°C/min ; un système de gaz de purge qui contrôle l’atmosphère de l’échantillon, où un gaz inerte comme N2 empêche l’oxydation tandis que l’air ou O2 favorise la combustion ; et des creusets en platine, alumine ou aluminium, sélectionnés en fonction de la plage de température et de la réactivité de l’échantillon.
Applications de l’ATG
L’ATG est utilisée pour l’analyse de composition des polymères, y compris la détermination de la teneur en charge, de la teneur en volatils et de la stabilité thermique ; les études d’oxydation et de décomposition des produits pharmaceutiques, lubrifiants et catalyseurs ; la détermination de la teneur en humidité et en cendres dans le charbon, les aliments et les matériaux de construction ; et l’analyse cinétique des réactions de décomposition en utilisant les méthodes d’Ozawa-Flynn-Wall ou Kissinger.
Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
En DSC, l’échantillon et une référence inerte sont chauffés à la même vitesse, et la différence de flux thermique nécessaire pour maintenir l’égalité de température est enregistrée. Les événements endothermiques tels que la fusion, la transition vitreuse et la déshydratation absorbent de la chaleur, tandis que les événements exothermiques tels que la cristallisation, l’oxydation et le durcissement libèrent de la chaleur. Une courbe DSC trace le flux thermique en mW en fonction de la température, et la surface du pic est proportionnelle au changement d’enthalpie (ΔH).
Applications de la DSC
La DSC est utilisée pour la détermination du point de fusion et l’analyse de pureté des produits pharmaceutiques cristallins ; la mesure de la température de transition vitreuse (Tg) pour les polymères et les matériaux amorphes ; la cinétique de cristallisation et le degré de cristallinité dans les polymères semicristallins ; l’identification des polymorphes dans les substances médicamenteuses, car différentes formes cristallines ont des points de fusion distincts ; et la stabilité à l’oxydation des huiles et graisses en mesurant la température de début d’oxydation.
Techniques Complémentaires
L’ATG et la DSC sont souvent combinées dans un seul instrument, appelé ATG-DSC simultanée ou STA, pour corréler les changements de masse avec les événements thermiques. L’ATG-SM et l’ATG-IRTF couplent l’ATG à la spectrométrie de masse ou à la spectroscopie infrarouge pour identifier les gaz dégagés pendant la décomposition. L’analyse mécanique dynamique (AMD) mesure les propriétés viscoélastiques et est complémentaire à la DSC pour la caractérisation des polymères.
