Metodologías para el Análisis Termogravimétrico y sus Usos

El análisis termogravimétrico proporciona los datos necesarios para una amplia gama de objetivos de caracterización de materiales.

Para garantizar la seguridad, calidad y eficacia de los cosméticos, estos están altamente regulados con estrictos requisitos de etiquetado y cantidades permitidas de ingredientes. Como tal, se utiliza una amplia gama de técnicas analíticas para caracterizar y cuantificar con precisión sus componentes. El análisis termogravimétrico es uno de los tests más populares tanto en la industria manufacturera como de materiales, ya que permite probar muchos materiales diferentes.

¿Qué es el análisis termogravimétrico?

El Análisis Termogravimétrico (TGA) es una técnica destacada que se utiliza para caracterizar materiales utilizados en diversas aplicaciones de diferentes industrias. TGA mide la composición, pureza, reacciones de descomposición, temperatura de descomposición y contenido de humedad absorbida de sus productos.

Sus principales usos incluyen la medición de la estabilidad térmica de un material, el contenido de relleno en los polímeros, el contenido de humedad y de disolventes, y la composición porcentual de los elementos de un compuesto. Por ello, cuenta con diversas aplicaciones en control de calidad y ensayos.

Metodología para realizar un análisis termogravimétrico

El análisis termogravimétrico consiste en aumentar gradualmente la temperatura de una muestra en un horno mientras se mide el peso en una balanza analítica. En este método, la muestra se calienta en un entorno (aire, N2, CO2, He, Ar, etc.) a una velocidad controlada, y luego se calcula la pérdida de peso resultante que se produce debido a los compuestos semivolátiles, la degradación de los polímeros. También se analizan la humedad y las cenizas.

El TGA se ejecuta por etapas. En cada una, la temperatura interna del horno se incrementa de forma lineal o se mantiene a una temperatura constante para producir una reacción térmica de la sustancia analizada. Durante el proceso, la masa de la muestra se controla ininterrumpidamente para detectar los cambios que se producen en la misma. Por consiguiente, en función de la temperatura o del tiempo, podremos obtener y registrar el cambio en el peso de la sustancia.

El TGA se lleva a cabo con un instrumento llamado analizador termogravimétrico. Se trata de un horno que contiene un platillo de muestras apoyado en una balanza de precisión. A medida que se calienta, esta balanza puede registrar los cambios más sutiles en la masa de la sustancia colocada en el platillo de la muestra.

¿Cuáles son los tipos de análisis termogravimétrico (TGA)?

Existen tres tipos de análisis termogravimétrico que representan diferentes formas de aplicar el calor a la muestra, ya que el cambio de peso se mide con el tiempo.

Termogravimetría isotérmica o estática: la temperatura permanece constante.
Termogravimetría dinámica: la temperatura se modifica de forma lineal.
Termogravimetría casi estática: se utiliza una serie de temperaturas crecientes.

Usos y aplicaciones del TGA

El TGA se utiliza para evaluar la estabilidad térmica de los ingredientes utilizados en productos cosméticos. Esto ayuda a determinar si los ingredientes se descomponen o pierden peso a temperaturas elevadas.
Selección de Materiales, Estudio de Descomposición y Determinación de Contenido de Humedad.

Veamos en detalles algunos de los usos y aplicaciones.

Control y garantía de calidad

Al probar la resistencia de un producto a las fluctuaciones de calor y temperatura, así como al identificar los puntos en los que se descompone o evapora, un análisis termogravimétrico puede determinar si un producto cumple con los parámetros de calidad y estabilidad estándar de la industria para un uso seguro.

Estabilidad térmica

TGA se utiliza para evaluar la estabilidad térmica de un material en un rango de temperatura deseado. En un material térmicamente estable no se observará ningún cambio de masa. Una pérdida de masa insignificante corresponde a una pendiente pequeña o nula en la traza del TGA. También proporciona la temperatura de uso superior de un material. El material comienza a degradarse más allá de esta temperatura.

Oxidación y combustión de los materiales

Las reacciones de oxidación son observables y medibles en el análisis termogravimétrico. Razón por la cual se utiliza con frecuencia, especialmente en productos que requieren una alta resistencia a la oxidación.

Cinética termogravimétrica

Se puede observar la cinética termogravimétrica para comprender los mecanismos de reacción de descomposición térmica involucrados en los procesos de pirólisis y combustión de diferentes materiales.

Análisis de materiales por TGA

Este proceso utiliza el calor para forzar reacciones y cambios físicos en los materiales, dado que el TGA proporciona una medición cuantitativa del cambio de masa en los materiales asociado con la transición y la degradación térmica. Es decir, registra el cambio de masa por deshidratación, descomposición y oxidación de una muestra con el tiempo y la temperatura.

¿Qué obtenemos de TGA?

Es beneficioso en el análisis de rutina de la determinación del contenido obtener una comprensión precisa de la composición de la muestra. Además, ayuda a comprender la reactividad y la corrosividad de los materiales de muestra cuando se exponen a entornos específicos.
Proporciona detalles precisos del cambio de masa de los materiales bajo prueba y determina la estabilidad de los fármacos, permitiendo el análisis cuantitativo de la composición. También puede ser útil para determinar la pureza de un mineral, compuesto inorgánico o material orgánico y el contenido de agua/carbono u otros disolventes residuales en un material.

Aplicaciones de análisis térmico en cosmética

Los ingredientes de muchos cosméticos son sensibles al calor y pierden rápidamente su efecto debido a la influencia del mismo. Este es el caso, por ejemplo, de las emulsiones, que a menudo cambian su consistencia incluso a temperaturas sumarias mientras se separa en constituyentes. Además, las grasas contenidas en la emulsión pueden estropearse y dejar el cosmético inutilizable. Además, numerosos productos, como por ejemplo lociones, son sensibles al calor y, por tanto, requieren una protección especial.

Es posible reducir la reacción a las influencias térmicas con un embalaje adecuado. Sin embargo, para encontrar el envase adecuado es necesario conocer las características de los ingredientes utilizados. Los métodos de investigación como el análisis térmico y la calorimetría se utilizan principalmente para caracterizar los principales ingredientes activos.