Analisa Termal
• Analisis termal adalah cabang ilmu bahan di mana sifat-sifat bahan dipelajari saat
mengalami perubahan suhu.
• Umumnya beberapa metode digunakan
tergantung dari sifat yang akan diukur
Metode Analisis Termal dan Sifat Yang Diukur
1. Differential Scanning Calorimetry (DSC)
Mengukur panas yang diserap atau dibebaskan selama pemanasan atau pendinginan
Mengukur perubahan berat selama pemanasan atau pendinginan 2. Thermal Gravimetric Analysis (TGA)
3. Differential Thermal Analysis (DTA)
digunakan untuk menginvestigasi termal, di mana perubahan termal bisa diamati dan ditandai
4. Thermomechanical Analysis (TMA)
Mengukur perubahan dimensi selama pemanasan atau pendinginan
THERMOGAVIMETRIC ANALYSIS
(TGA)
Prinsip: TGA mengukur jumlah dan laju perubahan berat bahan sehubungan dengan suhu atau waktu dalam lingkungan yang terkendali.
TGA terdiri dari tiga bagian utama tungku, 1. Timbangan mikrogram,
2. Sample otomatis dan 3. Termokopel
PRINSIP: Termogravimetri adalah teknik di mana perubahan berat zat dicatat sebagai fungsi dari suhu atau waktu.
Instrumen: Instrumen yang digunakan untuk thermogravimetry adalah "Thermobalance". Data direkam dalam bentuk kurva
yang dikenal sebagai 'Termogram'.
• Tungku dapat menaikkan suhu sampai dengan 1000 ° C yang terbuat dari kuarsa.
• Sampler otomatis membantu memuat sampel ke keseimbangan mikro.
• Termokopel berada tepat di atas sampel.
• Harus selalu diperhatikan bahwa termokopel tidak
berhubungan dengan sampel yang ada di wajan
platinum.
Sebuah teknik yang memungkinkan penimbangan berat secara terus menerus dari sampel sebagai fungsi suhu dan / atau sebagai fungsi waktu pada suhu yang diinginkan
Sample Holder: pemegang sampel dan referensi
Sensor: termokopel, satu untuk sampel dan refernsi
Furnace: kotak yang mengandung sampel dan referensi
Temperatur Controller: Program pengontrol temperaturi
Keuntungan:
1. instrumen dapat digunakan pada tempertur sangat tinggi 2. instrument sangat sensitif
3. volume/bentuk sampel dapat fleksibel
4. karakter transisi atau temperatur reaksi dapat ditentukan
sebuah teknik pengukuran variasi massa sampel yang menjalani pemindaian suhu dalam atmosfir terkontrol
termobalance memungkinkan memonitor berat sampel sebagai fungsi suhu
sampel tergantung pada balance dalam furnace dan balance diisolasi panas dari furnace
Interpretasi kurva TG dan DTG
i. Sampel tidak mengalami dekomposisi dengan hilangnya produk volatile
tetapi transformasi fase padat,
melting, dll tidak bisa terdeteksi oleh TG,
ii. awal massa hilang secara cepat adalah karakteristik pengeringan.
iii. Dekomposisi satu tahap,
iv. Dekomposisi multi-tahap dengan kestabilan menengah
v. Dekomposisi multi-tahap tanpa kestabilan produk antara. Namun efek laju pemanasan harus
dipertimbangkan. Pada laju pemanasan rendah, tipe (v)
menyerupai tipe (iv). Paling laju pemanasan tinggi, tipe (iv) dan (v) menyerupai tipe (iii)
vi. Dapatkan massa karena reaksi dengan atmosfer, mis. oksidasi logam,
vii. Produk oksidasi terurai kembali pada suhu lebih tinggi; hal ini jarang ditemui.
Kurva TGA Calcium Oxalate
Kurva TGA zat kristaline dan amorphous
Persiapan sampel memiliki efek signifikan dalam memperoleh data yang bagus.
• Pemaksimalkan luas permukaan sampel dalam panci TGA dapat meningkatkan resolusi dan reproduksi suhu penurunan berat.
• Berat sampel mempengaruhi keakuratan penurunan berat
• Biasanya 10-20mg sampel lebih disukai di sebagian besar aplikasi.
• jika sampel memiliki volatil 50-100mg dianggap sdh memadai.
• Perlu dicatat bahwa sebagian besar instrumen TGA memiliki pergeseran baseline ± 0,025mg yaitu ± 0,25% dari sampel 10mg
Kondisi Eksperimen
• Pada kebanyakan kasus, Sampel dipanaskan pada kecepatan 10 atau 20 ° C / menit.
• Penurunan laju pemanasan meningkatkan resolusi penurunan berat badan.
• Kemajuan teknologi telah memungkinkan, pengaturan
laju pemanasan (TGA resolusi tinggi) untuk
meningkatkan resolusi secara otomatis dengan
mengurangi laju pemanasan selama penurunan berat
• Nitrogen adalah gas yang paling umum digunakan untuk membersihkan sampel dalam TGA.
• sedangkan helium memberikan baseline terbaik.
• Udara diketahui meningkatkan resolusi karena perbedaan dalam stabilitas oksidasi penyusun sampel.
• Vakum dapat digunakan dimana sampel mengandung komponen yang mudah menguap (volatil), yang membantu pemisahan dari awal dekomposisi ketika volatil lepas pada temperatur lebih rendah dalam ruang hampa udara.
mis. minyak dalam produk ban karet.
Analisis termal pengujian termogravimetri (TGA)
• Analisa Thermogravimetric (TGA) menyediakan penentuan endoterm, eksoterm, penurunan berat pada pemanasan, pendinginan, dan lain-lain.
• Bahan yang dianalisis oleh TGA meliputi sampel polimer,
plastik, komposit, laminasi, perekat, makanan, pelapis,
obat-obatan, bahan organik, karet, minyak bumi, bahan
kimia, bahan peledak dan biologis
• Analisis termogravimetri menggunakan panas untuk menghasilkan reaksi dan perubahan fisik bahan.
• TGA memberikan pengukuran perubahan massa bahan yang terkait dengan transisi dan degradasi termal.
• TGA mencatat perubahan massa dari dehidrasi,
dekomposisi, dan oksidasi sampel dberdasarkan
waktu dan suhu.
Perbedaan utama antara TGA dan DTA (DSC)
TGA mengungkapkan perubahan sampel karena berat, sedangkan DTA dan DSC mengungkapkan perubahan yang tidak terkait dengan bobot (terutama karena
DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY
(DSC)
Definisi
• Kalorimeter mengukur panas yang masuk atau keluar sampel.
• DSC mengukur panas sampel relatif terhadap referensi.
• Panas endotermik mengalir ke sampel.
• Panas eksotermik mengalir keluar dari sampel
Wadah sampel dan sampling
• Prinsip DSC adalah teknik termo-analitik dimana perbedaan dalam jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu sampel dan referensi diukur sebagai fungsi temperatur.
• Perbedaan aliran panas terjadi dengan terjadinya dari dua peristiwa besar:
1) Kapasitas panas sampel yang meningkat dengan suhu
(baseline)
2) Transisi yang terjadi dalam sampel (peristiwa ditumpangkan pada baseline kapasitas panas)
Prinsip DSC
• Laju Aliran Panas dinyatakan dalam berbagai unit
• yang juga dapat dinormalisasi untuk berat
sampel yang digunakan
jenis kurva DSC
Termogram DSC
Transisi dalam kurva DSC
Heat Flux and DSC
Power Compensated DSC
1. Power Compensation DSC
• resolusi dan sensitivitas tinggi cocolk untuk
penelitian
• pengukuran panas jenis
• sangat sensitif terhadap kontaminasi
2. Heat Flux DSC
• Aplikasi rutin
• pengukuran panas jenis
• sangat sensitif terhadap kontaminasi
• cocok untuk lingkungan yang keras
•
Persiapan sampel
kondisi eksperimen
Pengaruh laju pemanasan
• Kebanyakan transisi (evaporasi, kristalisasi, dekomposisi) adalah kinetik sehingga bergeser ke temperatur lebih tinggi, ketika dipanaskan pada laju lebih tinggi
• penambahan laju pemindaian menambah sensitivitas, sedangkan pengurangan laju pemindaian meningkatkan resolusi
• untuk mendapatkan temperatur kejadian mendekati nilai termodinamika sesungguhnya, sebaiknya menggunakan laju
Proses Melting dengan DSC
Melting
Puncak negatif pada termogram
• Transisi tidak teratur
• Tm, suhu leleh
• Melting terjadi pada polimer kristal; Gelas terjadi pada polimer amorf
Bentuk Polimorfik
Bentuk Polimorfik
Pseudopolymorphism
Material Amophous
Transisi glass
• Langkah dalam termogram
• Transisi dari padat disordered (tidak teratur) ke cair
• Diamati padatan gelas mis., polimer
• Suhu Transisi gelas
kristalisasi
• puncak positif dan tajam
• Transisi disorderd (Tidak teratur) ke ordered
(teratur)
• bahan dapat mengkristal
• teramati pada bahan solid gelas seperti polimer
• Suhu kristalisasi Tc
