Différence entre TGA DTA et DSC

Différence principale - TGA vs DTA vs DSC

TGA, DTA et DSC sont trois termes utilisés pour décrire l'analyse des composés qui participent à des réactions chimiques en utilisant les changements de température de ces composés. TGA signifie Analyse Gravimétrique Thermique et DTA signifie Analyse Thermique Différentielle tandis que DSC signifie Calorimétrie à Balayage Différentiel. Ces trois techniques sont des types d’analyse thermique. La principale différence entre TGA DTA et DSC réside dans la méthode de mesure des changements dans les échantillons causés par la chaleur. En TGA, le changement de masse de l'échantillon est mesuré avec la température croissante, tandis qu'en DTA, la différence de température qui s'accumule entre l'échantillon et une référence est mesurée et en DSC, la chaleur dégagée au cours d'un processus chimique est mesurée.

Zones clés couvertes

1. Qu'est-ce que TGA?
      - Définition, méthode d'analyse, applications
2. Qu'est-ce que DTA
      - Définition, méthode d'analyse, applications
3. Qu'est-ce que DSC?
      - Définition, méthode d'analyse, applications
4. Quelle est la différence entre TGA DTA et DSC
      - Comparaison des différences clés

Mots clés: Calorimétrie à balayage différentiel, analyse thermique différentielle, DSC, DTA, TGA, analyse thermique, analyse gravimétrique thermique

Qu'est-ce que TGA?

TGA est l'analyse gravimétrique thermique. C'est une technique d'analyse thermique. Ici, le changement de la masse d'un échantillon est observé et analysé avec le changement de la température. Ceci peut également être mesuré en fonction du temps à une température constante. Cette méthode est couramment utilisée pour analyser la pureté de l'échantillon, la teneur en carbonate et en matière organique de l'échantillon, etc..

Les substances pouvant être analysées à l'aide de cette technique comprennent les matériaux inorganiques, les métaux, les polymères, les plastiques, les céramiques, les verres et les matériaux composites. L'appareil utilisé à cette fin s'appelle un analyseur thermogravimétrique. Il mesure la masse de l'échantillon en continu avec le changement de température. Les paramètres de base mesurés à partir du TGA sont la masse, la température et le temps..

Figure 1: Un thermogramme montrant le changement de masse d'une substance à différentes températures.

Afin de prendre des mesures précises, la température est augmentée ou diminuée progressivement et la masse est mesurée en continu. L'analyse peut être effectuée dans différentes conditions atmosphériques, telles que des conditions atmosphériques normales et sous vide..

Le TGA peut être utilisé pour évaluer la stabilité thermique de substances. Parfois, il est très utile de déterminer les changements de masse qui se produisent dans les réactions de combustion. Pour les composés hautement volatils, le TGA peut être une bonne technique pour déterminer le taux d'évaporation. Cette méthode permet également de déterminer la température de curie des substances.

Qu'est-ce que DTA

L'analyse thermique différentielle ou DTA est une technique d'analyse thermique. Ici, la différence de température qui se développe entre un échantillon et un composé de référence est mesurée à des traitements thermiques identiques. Le matériau de référence doit être inerte. Les matériaux de référence et les échantillons doivent être soumis aux mêmes conditions et aux mêmes traitements..

S'il existe une différence nulle entre les températures de l'échantillon et de la référence, le composé de l'échantillon est thermiquement inerte. En effet, le matériau de référence est également inerte thermiquement et l’échantillon est analysé par rapport au matériau de référence..

Figure 2: Analyseur thermique différentiel avec spectromètre de masse attaché.

L'analyseur est composé d'un porte-échantillon, de capteurs, d'un four, d'un système de contrôle de la température et d'un système d'enregistrement. Cet instrument peut être utilisé à très haute température. C'est aussi très sensible. Ce sont les avantages de la méthode DTA.

La technique DTA peut être utilisée dans l'analyse des propriétés thermiques des minéraux, pour la caractérisation des polymères; dans l'industrie pharmaceutique et alimentaire, il peut être utilisé comme méthode d'analyse de matériaux biologiques.

Qu'est-ce que DSC?

DSC est la calorimétrie à balayage différentiel. En DSC, le flux de chaleur est mesuré par rapport au changement de température à un moment donné. L'instrument qui mesure DSC (calorimètre) utilise deux chambres pour conserver l'échantillon et un matériau de référence. La chambre de référence est remplie de solvant. La chambre d’échantillon est remplie de la substance échantillon dissoute dans le même solvant (même quantité) que celui utilisé comme référence. Cette technique peut être utilisée pour les substances et les réactions chimiques.

Figure 3: Un calorimètre à balayage différentiel

À la fin de l'expérience, un thermogramme est obtenu. Ce thermogramme fournit l'écart de l'énergie thermique dégagée par l'échantillon par rapport à la référence. La courbe de référence s'appelle la ligne de base. Une déviation au-dessus de la ligne de base est appelée transition exothermique et une déviation au-dessous de la ligne de base est appelée transition endothermique. La surface sous le pic est directement proportionnelle à la quantité d'énergie thermique absorbée ou libérée par l'échantillon.

Dans cette méthode, une petite quantité de l'échantillon suffit pour l'analyse. En effet, l'échantillon est dissous dans le même solvant que celui utilisé dans la chambre de référence avant l'analyse. Cette technique est applicable pour la détermination de la chaleur de réaction d'une réaction chimique particulière. Cependant, l'échantillon et la référence doivent être soumis aux mêmes conditions et les mêmes traitements thermiques doivent être effectués pour les deux afin d'obtenir des résultats précis.

Différence entre TGA DTA et DSC

Définition

TGA: TGA est l'analyse gravimétrique thermique.

DTA: DTA est l'analyse thermique différentielle.

DSC: DSC est la calorimétrie à balayage différentiel.

Technique

TGA: En TGA, on observe et on analyse le changement de la masse d'un échantillon avec le changement de la température.

DTA: En DTA, la différence de température qui se développe entre un échantillon et un composé de référence est mesurée à des traitements thermiques identiques.

DSC: En DSC, le flux de chaleur est mesuré par rapport au changement de température à un moment donné.

Composés analysés

TGA: Le TGA peut être utilisé pour analyser des matériaux inorganiques, des métaux, des polymères, des plastiques, des céramiques, des verres et des matériaux composites.

DTA: Le DTA peut être utilisé pour analyser les propriétés thermiques des minéraux, pour la caractérisation de polymères et de matériaux biologiques..

DSC: La DSC peut être utilisée pour analyser des protéines, des anticorps, etc..

Nature de l'échantillon

TGA: L'échantillon peut être utilisé comme substance solide dans le TGA sous forme de poudre ou de petits morceaux..

DTA: L'échantillon peut être utilisé à l'état solide pour le DTA.

DSC: L'échantillon est toujours un liquide; la substance à analyser est dissoute dans le solvant utilisé comme référence.

Conclusion

TGA, DTA et DSC sont des techniques d'analyse thermique. Ces techniques permettent d'analyser le comportement d'une substance particulière lorsque la température est modifiée. Ces techniques sont également applicables à certaines réactions chimiques afin de déterminer le rapport entre les réactions et la température. La principale différence entre TGA, DTA et DSC est la méthode de mesure des changements dans les échantillons causés par la chaleur.

Références:

1. “Calorimétrie à balayage différentiel.” Chimie LibreTexts, Libretexts, 7 janvier 2017, disponible ici. Consulté le 27 sept. 2017.
2. Samira Mohammadpour. «Analyse thermique différentielle et calorimétrie différentielle à balayage». LinkedIn SlideShare, 6 août 2014, disponible ici. Consulté le 27 sept. 2017.
3. «Analyse thermogravimétrique (TG) ou thermogravimétrique (TGA) ou gravimétrique thermique». Anderson Materials Evaluation, Inc., disponible ici. Consulté le 27 sept. 2017.

Courtoisie d'image:

1. “Whewellite tga” (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. «210 014 001» du département américain de l’énergie (travaux du gouvernement des États-Unis) via Flickr
3. “Calorimètre à balayage différentiel” (domaine public) via Commons Wikimedia