As técnicas de análise térmica medem as propriedades físicas e químicas dos materiais em função da temperatura. A Análise Termogravimétrica (TGA) monitora mudanças de massa, enquanto a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) mede o fluxo de calor associado a transições térmicas.

Análise Termogravimétrica (TGA)

Na TGA, uma balança de precisão mede continuamente a massa de uma amostra enquanto ela é aquecida ou resfriada a uma taxa controlada em uma atmosfera definida, como N2, O2, ar ou Ar. Um gráfico de TGA (termograma) representa a massa ou porcentagem de massa versus temperatura ou tempo, onde perdas de massa indicam decomposição, evaporação, dessorção ou oxidação. A primeira derivada (DTG) destaca a temperatura de máxima taxa de decomposição e ajuda a resolver eventos sobrepostos.

Instrumentação da TGA

A instrumentação inclui uma microbalança com sensibilidade de 0,1 µg, localizada acima ou abaixo do forno para protegê-la do calor; um forno capaz de aquecer da ambiente até 1000-1600°C com rampas de temperatura programáveis de 1-50°C/min; um sistema de gás de purga que controla a atmosfera da amostra, onde gás inerte como N2 previne oxidação enquanto ar ou O2 promove combustão; e cadinhos de amostra feitos de platina, alumina ou alumínio, selecionados com base na faixa de temperatura e reatividade da amostra.

Aplicações da TGA

A TGA é usada para análise composicional de polímeros, incluindo determinação de teor de carga, teor de voláteis e estabilidade térmica; estudos de oxidação e decomposição de fármacos, lubrificantes e catalisadores; determinação de umidade e teor de cinzas em carvão, alimentos e materiais de construção; e análise cinética de reações de decomposição usando os métodos de Ozawa-Flynn-Wall ou Kissinger.

Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

No DSC, a amostra e uma referência inerte são aquecidas à mesma taxa, e a diferença no fluxo de calor necessária para manter a igualdade de temperatura é registrada. Eventos endotérmicos como fusão, transição vítrea e desidratação absorvem calor, enquanto eventos exotérmicos como cristalização, oxidação e cura liberam calor. Um gráfico de DSC mostra o fluxo de calor em mW versus temperatura, e a área do pico é proporcional à variação de entalpia (ΔH).

Aplicações do DSC

O DSC é usado para determinação do ponto de fusão e análise de pureza de fármacos cristalinos; medição da temperatura de transição vítrea (Tg) para polímeros e materiais amorfos; cinética de cristalização e grau de cristalinidade em polímeros semicristalinos; identificação de polimorfos em substâncias farmacêuticas, já que diferentes formas cristalinas têm pontos de fusão distintos; e estabilidade à oxidação de óleos e gorduras medindo a temperatura de início de oxidação.

Técnicas Complementares

TGA e DSC são frequentemente combinados em um único instrumento, conhecido como TGA-DSC simultâneo ou STA, para correlacionar mudanças de massa com eventos térmicos. TGA-MS e TGA-FTIR acoplam a TGA com espectrometria de massas ou espectroscopia no infravermelho para identificar gases liberados durante a decomposição. A análise dinâmico-mecânica (DMA) mede propriedades viscoelásticas e é complementar ao DSC para caracterização de polímeros.