¿Qué es TGA? - Conoce todo sobre el análisis termogravimétrico

Los cambios de masa por efectos del calor o frío se pueden medir mediante una prueba o análisis térmico en donde se somete un determinado objeto a un cambio brusco de temperatura. En este artículo, se explica qué significado tienen las siglas TGA en el campo de la energía térmica y la función que cumple dicho test, además de proceso y los objetos necesarios para realizarlo.

De igual manera, se habla del análisis térmico diferencial, que es una técnica variante del TGA.  

¿Qué es un análisis térmico?

La energía térmica se encuentra por todas partes, puesto que todo cuerpo desprende algo de calor. Sin embargo, la energía térmica funciona de varias maneras en los diferentes cuerpos, de modo que se mide con procesos distintos. Uno de ellos es el análisis temogravimétrico, el cual, es una técnica muy interesante y útil para estudiar las propiedades térmicas de los materiales.

El análisis termogravimétrico (TGA) es un método de análisis térmico en el que se mide la masa de una muestra a lo largo del tiempo mientras se cambia la temperatura o se mantiene constante. Dicho proceso de medición permite obtener información sobre fenómenos físicos y químicos que implican cambios de masa.

De esta manera, es posible conocer si ocurre una transición de fase, una absorción, adsorción, desorción, además de reacciones químicas, descomposición térmica y reacciones de gas-sólido (por ejemplo, oxidación o reducción).

Para realizar un análisis termogravimétrico se necesita un instrumento llamado analizador termogravimétrico, que consta de una balanza de precisión con una bandeja de muestra ubicada dentro de un horno con una temperatura controlada.

También se tiene la posibilidad de acoplar el analizador a otros instrumentos, como espectrómetros para analizar los gases desprendidos por la muestra. El análisis termogravimétrico tiene la función de caracterizar materiales a través del estudio de sus patrones de descomposición. Esta resulta una técnica muy útil para el estudio de materiales poliméricos, entre los que se incluyen los termoplásticos, termoestables, elastómeros, compuestos, películas plásticas, fibras, recubrimientos y pinturas.

Del mismo modo, es viable emplear otros tipos de materiales en el proceso de análisis, como metales, cerámicas, vidrios, minerales, alimentos y combustibles. Pues, con el análisis termogravimétrico se pueden determinar parámetros como la estabilidad térmica, la composición química, el contenido de humedad o volátiles, la cinética de reacción y el efecto de las atmósferas reactivas o corrosivas.

¿Qué es un análisis térmico diferencial?

Un análisis térmico se refiere a un conjunto de técnicas, los cuales se utilizan con el fin de estudiar las propiedades de los materiales en función de la temperatura o del tiempo. Estas técnicas se basan en la medición de una o más variables físicas, como la masa, el calor, la presión, la resistencia eléctrica, el volumen, la longitud o el color.

Todo esto, se puede medir mientras se somete al material a un programa de calentamiento, enfriamiento o temperatura constante.

De esta manera, el análisis térmico permite obtener información sobre fenómenos térmicos, como transiciones de fase, cambios de estado, reacciones químicas, propiedades térmicas y mecánicas, estabilidad térmica y comportamiento térmico.

En cuanto al análisis térmico diferencial (ATD), se basa en una técnica de análisis térmico en la que se mide la diferencia de temperatura entre una muestra y un material de referencia mientras se someten a las mismas condiciones de temperatura. Dicha diferencia de temperatura refleja los cambios de calor que ocurren en la muestra debido a fenómenos térmicos, como fusiones, cristalizaciones, reacciones químicas o cambios de estado.

Con el ATD es posible determinar las temperaturas y las entalpías de transición, así como la pureza y la composición de los materiales. El análisis térmico diferencial (ATD) tiene algunas ventajas sobre otras técnicas de análisis térmico, como el análisis termogravimétrico (ATG) o la calorimetría diferencial de barrido (CDB).

• El ATD se trata de una técnica simple y rápida, en donde se requiere poca preparación de la muestra y poco mantenimiento del instrumento.
• El ATD se califica como una técnica sensible, que puede detectar pequeños cambios de temperatura que se asocian a fenómenos térmicos, como transiciones de fase, reacciones químicas o cambios de estado.
• El Análisis térmico diferencial es una técnica versátil, que puede aplicarse a una amplia variedad de materiales, como polímeros, metales, cerámicas, vidrios, minerales, alimentos y fármacos.
• El ATD resulta un proceso complementario, que trabaja en conjunto de otras técnicas de análisis térmico o espectroscópico, como el ATG, el CDB, el espectrómetro de masas o el espectrómetro infrarrojo. De esta forma, se usa para obtener información más completa y detallada sobre los procesos térmicos que ocurren en la muestra.

¿Cómo se lleva a cabo el análisis térmico de una masa?

En el procedimiento para realizar un análisis termogravimétrico se necesita de un instrumento que se conoce como analizador termogravimétrico, el cual se compone de una balanza de precisión con una bandeja de muestra. En ese sentido, dicha muestra se ubica dentro de un horno con una temperatura controlada, pues se coloca en la bandeja y se somete a un programa de calentamiento o enfriamiento, o a una temperatura constante durante un tiempo determinado.

La muestra se coloca en la bandeja y se somete a un programa de calentamiento o enfriamiento, o a una temperatura constante durante un tiempo determinado. El analizador registra continuamente la masa de la muestra y la temperatura del horno, además de cualquier modificación o deformación que ocurra como una dilatación térmica o aumento de masa.

El analizador realiza un registro de manera continua de la masa de la muestra, además de la temperatura en la que se encuentra el horno. De igual manera, se puede controlar la atmósfera del horno, usando diferentes gases o vapores, al igual que se controla la presión, mediante el uso de vacío o alta presión.

Así mismo, es factible acoplar el analizador a otros instrumentos, como los espectrómetros de masas o infrarrojos, con el objetivo de analizar los gases desprendidos por la muestra.

Sensores de temperatura

Para llevar a cabo el análisis térmico de una masa se necesita de un instrumento llamado analizador térmico, el cual, consta de uno o más sensores de temperatura y una fuente de calor. El sensor de temperatura es un dispositivo que tiene la función de medir la temperatura de la muestra o del material de referencia.

Fuente de calor

Por su parte, la fuente de calor es un dispositivo que genera calor para modificar la temperatura del sistema. De modo que, el analizador térmico registra de forma continua la temperatura y la variable física correspondiente a la técnica empleada. Además, se puede controlar la atmósfera y la presión del sistema, usando diferentes gases o vapores, y vacío o alta presión.

¿Para qué sirve la medición térmica de una masa?

La medición térmica de una masa sirve para caracterizar las propiedades térmicas de los materiales y para estudiar los fenómenos térmicos que ocurren en ellos. Estas propiedades y fenómenos tienen relevancia para el desarrollo y la optimización de materiales que cuentan con diversas aplicaciones industriales, científicas y tecnológicas.

Por ejemplo, el análisis térmico se puede aplicar con el fin de evaluar la calidad y el rendimiento de los materiales poliméricos, metálicos, cerámicos, biológicos, farmacéuticos, alimentarios y energéticos.

De igual manera, el análisis termogravimétrico tiene la función de conocer el carácter de ciertos materiales a través del estudio de sus patrones de descomposición. Así que, la técnica resulta útil cuando se quiere analizar materiales poliméricos, entre los que se incluyen termoplásticos, termoestables, elastómeros, películas plásticas y compuestos.

Con el análisis termogravimétrico es viable descubrir cierta información de los parámetros como la estabilidad térmica, la composición química, el contenido de humedad o volátiles, la cinética de reacción y el efecto de las atmósferas reactivas o corrosivas.

¿A qué tipo de masa o sustancia se le hace un análisis termogravimétrico?

El tipo de masa o sustancia al que se le hace un análisis termogravimétrico es aquel que presenta modificaciones de masa al variar la temperatura. Al igual que aquellos que se encuentran en contacto con una atmósfera reactiva o corrosiva.

Estos cambios de masa ocurren por la acción de fenómenos físicos o químicos, como transiciones de fase, absorción, adsorción, desorción, reacciones químicas, descomposición térmica y reacciones de gas-sólido. Algunos ejemplos de materiales que se pueden analizar por termogravimetría son polímeros, metales, cerámicas, vidrios, minerales, alimentos y combustibles.

Es importante destacar que el análisis termogravimétrico (ATG) se relaciona con la industria química en varios aspectos.

• El ATG se emplea con el fin de evaluar la estabilidad térmica y la composición de los materiales químicos, al igual que para hacer una predicción de su vida útil y su rendimiento.
• El ATG se utiliza para hacer estudios de las reacciones químicas que implican cambios de masa, como la descomposición térmica, la oxidación o la reducción.
• El ATG se trabaja para establecer un límite del contenido de humedad, volátiles, aditivos o impurezas en los materiales químicos.
• El Análisis Termogravimétrico se usa como un método de análisis del efecto de las atmósferas reactivas o corrosivas en los materiales químicos, como la estabilidad frente a la oxidación o la corrosión.