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Análise Térmica Química Analítica Instrumental UPF – Curso de Química 2004/2 Prof. Edgardo Prado

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Análise Térmica

Química Analítica Instrumental

UPF – Curso de Química

2004/2

Prof. Edgardo Prado

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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.

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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)

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Modulated DSC Heating Profile

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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]

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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

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Métodos de AT

• Efeitos Calorimetricos

DSC Differential Scanning CalorimeterDTA Differential Thermal Analyser

• Aplicações

Fusão de amostrasTemperaturas de Transição VítreaCristalizaçãoHistoria TérmicaEstabilidade Oxidativa

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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

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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

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• 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.

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DTA

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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.

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Termobalança

TGA

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Porta-amostras para TGA

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Porquê amostras tão pequenas?

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TGA

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TGA

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TGA e DTA Simultâneas

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DSC- Aquecedores independentes, mesma programação

de temperatura para a amostra e a referência

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Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC

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Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC

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Porta-amostras para DSC

Al Pt alumina Ni Cu quartz

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Typical DSC scan : continuous heating of PEEK

Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC

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• 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

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Velocidade de aquecimento

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Histerese

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quartzo

vidro

vidro com sódio

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Tipos de Cristais esferulito e lamela

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% 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

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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.

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•DMA

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Tipos de análises

1. Expansão/Dilatação

2. Elasticidade/Flexão

3. Penetração

4. Estiramento

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Flexão Compressão

                                            

           

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TMA Measurements

• Heating from 20 to 270 °C with 2 K/min

• Tension Mode

• Applied Force:

• Atmosphere: Nitrogen, 100 ml/min

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TMA Results

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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

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DMS Results

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DMS ResultsComparison of E‘ curves

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DMS ResultsComparison of E‘ curves, log scale

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DMS ResultsComparison of E‘‘ curves

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DMS ResultsComparison of tan delta curves