Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 309 de 495

Páginas do PDF

Vogel: Análise Química Quantitativa

12.7 Instrumentação para DTA e DSC

Fig. 12.9 Curva de DTA idealizada: (1) pico exotérmico, (2) pico endotérmico

 

12.7 Instrumentação para DTA e DSC

 

Os modernos instrumentos térmicos são modulares. Assim, os mesmos

forno, programador e registrador podem ser usados simultânea ou

seqüencialmente para obter os dados de TG, DTG e DSC de uma única

amostra. Com a ajuda de um microprocessador e de programas manipulados

pelo operador, pode-se variar as velocidades de aquecimento e resfriamento,

bem como fazer estudos isotérmicos. Além disto, as curvas derivadas

podem ser registradas e, principalmente no caso da DSC, as áreas dos picos

podem ser medidas. Os resultados termoanalíticos podem ser conservados

em disquetes e cópias impressas podem ser obtidas.

A distinção exata entre a instrumentação de DSC e de DTA foi tema de

controvérsia por muitos anos. O problema foi eventualmente resolvido por

Mackenzie [12]. De um lado, tem-se a DTA convencional (clássica), em

que ΔT é a diferença entre T S (a temperatura da amostra) e TR (a

temperatura da referência) — veja a Fig. 12.10. As junções dos diferentes

termopares estão localizadas entre a amostra e a referência, no centro. Com

este arranjo, ΔT não pode ser diretamente relacionada à mudança de

entalpia e a área do pico não pode ser convertida em unidades de energia de

maneira confiável. A DTA clássica dá informações qualitativas úteis e na

melhor das hipóteses informações semiquantitativas. Para medições

quantitativas, as junções do termopar devem estar imediatamente abaixo e em contato térmico com dois recipientes de metal separados e inseridos

num espaço contendo ar.

A DSC com compensação de energia desenvolvida pela Perkin Elmer

(EUA) é bastante diferente da DTA. O aparelho mede diretamente a

mudança de entalpia. A amostra e a referência têm aquecedores separados

mantidos na mesma temperatura por um sistema de controle (Fig. 12.11). A

energia é suprida a dois aquecedores para manter as amostras e a referência

R na mesma temperatura. Quando ocorre uma mudança endotérmica, a

energia absorvida é compensada pelo aumento da energia fornecida à

amostra, mantendo-se, assim, o balanço de temperatura. Como a entrada de

energia é equivalente à absorvida na transição, o método da compensação

de energia fornece uma medida calorimétrica direta da energia de transição.

 

Fig. 12.10 Aparelhagem de DTA convencional

 

Fig. 12.11 Aparelhagem de DTA com compensação de energia

 

DSC com fluxo de calor Algumas variantes de DSC baseiam-se em medições de fluxo de calor. O

sistema inicialmente proposto por Boersma [13] demonstrou que a

colocação de uma fuga de calor controlada entre os suportes da amostra e

da referência permitia a medição quantitativa das mudanças de energia a

serem feitas. Este arranjo torna a área do pico proporcional à mudança de

entalpia por um fator de calibração parcialmente dependente da temperatura

(Seção 12.8). Se a amostra estiver circundada por uma termopilha, o fluxo

de calor pode ser medido diretamente. Os fluxos de calor entre amostras

separadas e os suportes de referência e um bloco circundante são medidos

por duas termopilhas ligadas em oposição. Este é o princípio básico por trás

do modelo DSC III (Setaram, França). Admite-se, agora, que instrumentos

baseados em medidas de compensação de energia ou em fluxo de calor

podem ser chamados de DSC [13].

A Fig. 12.12 mostra esquematicamente a DSC com fluxo de calor

desenvolvida pela TA Instruments. Um disco metálico (feito com a liga

constantan) transfere calor da amostra para a referência e vice-versa. A

amostra, contida em um recipiente metálico, e a referência, que é um

recipiente vazio, são posicionadas em ressaltos do disco de constantan.

Quando o disco transfere calor, a diferença de calor entre a amostra e a

referência é medida por termopares formados pela junção entre o disco de

constantan e pastilhas de cromel na base dos ressaltos. Estes termopares são

ligados em série e medem as diferenças de fluxo de calor. Fios de cromel e

de alumel ligados às pastilhas de cromel formam termopares que medem

diretamente a temperatura da amostra. O gás de purga é admitido na câmara

de amostra através de um orifício no bloco aquecedor. Com este

equipamento, é possível alcançar desde velocidades de aquecimento ou

resfriamento de 100°C·min –1 –1 até velocidades de 0°C·min (isotermas).

Outra técnica é a DSC modulada (MDSC), também desenvolvida pela

TA Instruments, que usa a célula de DSC com fluxo de calor esquematizada

na Fig. 12.11 com um perfil diferente de aquecimento do forno. Uma

modulação senoidal (oscilatória) substitui a rampa linear de aquecimento

tradicional, o que dá um perfil de aquecimento no qual a temperatura da

amostra cresce com o tempo, mas não de forma linear. O efeito deste perfil de aquecimento sobre a amostra é o mesmo que se dois experimentos