Analisi termogravimetrica: applicazioni e strumentazione
L’analisi termogravimetrica (TGA) è una tecnica analitica legata alle analisi termiche, come l’analisi termica differenziale (DTA) e la calorimetria differenziale a scansione (DSC). Tali metodologie si basano sulla misurazione di una grandezza fisica di una sostanza in relazione alla temperatura, sottoponendo il campione a un ciclo termico controllato.
Applicazioni dell’analisi termogravimetrica
L’analisi termogravimetrica viene utilizzata per valutare la stabilità termica di una sostanza e dei componenti della sua frazione volatile, misurando la variazione di massa durante il riscaldamento. Tale tecnica fornisce informazioni sulle reazioni chimiche, la stabilità termica e la composizione del campione.
Può anche essere impiegata per determinare la variazione di peso di un materiale in condizioni isoterme in funzione del tempo, effettuando misure in presenza di aria o di atmosfere inerti. In alcuni casi, le misure vengono condotte in un’atmosfera povera di ossigeno per rallentare eventuali reazioni di ossidazione.
L’analisi termogravimetrica fornisce informazioni su fenomeni fisici, come transizioni di fase, nonché su fenomeni chimici quali chemiadsorbimento, desolvatazione, disidratazione, decomposizione e reazioni solido-gas. Inoltre, consente di determinare la termodinamica e la cinetica di processi quali corrosione e ossidazione.
Polimeri
Nel campo dei polimeri, l’analisi termogravimetrica è utile per valutare le modifiche chimiche durante il riscaldamento, determinando il contenuto di riempitivi nei polimeri e nei compositi. Questo parametro influisce sulle proprietà del polimero in relazione alla dilatazione termica e alla rigidità, e quindi risulta essere un indicatore importante per il controllo della qualità del polimero.
Inoltre, la TGA consente di valutare il contenuto di vetro presente in un polimero, considerando che la maggior parte dei polimeri ha una temperatura di decomposizione non superiore a 650°C, a cui il vetro rimane come residuo. La variazione di massa del campione polimerico fornisce informazioni sulla quantità di vetro presente nel campione originale e sulla stabilità relativa dei polimeri, nonché sul loro comportamento durante il processo di degradazione a prodotti volatili.
Strumentazione
La strumentazione necessaria per l’analisi termogravimetrica comprende una bilancia termica ad elevata sensibilità su cui è posizionato il campione, un forno con velocità di riscaldamento programmabile, un sistema di gas di spurgo per garantire un’atmosfera controllata e un elaboratore per il controllo dello strumento e l’acquisizione dei dati.
Registrando il peso del campione in funzione della temperatura (o del tempo), si ottiene una curva a gradini chiamata termogravigramma, che fornisce informazioni chiave. Attualmente, la strumentazione consente di combinare il metodo termogravimetrico con l’analisi termica differenziale, aumentando l’utilità dei termogravigrammi per la caratterizzazione di un manufatto.