La termogravimetría (TGA) es una técnica termoanalítica fundamental en el estudio de materiales, especialmente en laboratorios de química, ingeniería, ciencia de materiales, polímeros y biotecnología. Su utilidad radica en la posibilidad de medir la variación de masa de una muestra en función de la temperatura o del tiempo, proporcionando información esencial sobre su estabilidad térmica, composición y comportamiento frente a condiciones extremas.

En esta guía completa encontrarás los principios de funcionamiento de la TGA, cómo interpretar las curvas termogravimétricas y cuáles son las aplicaciones más relevantes en investigación y control de calidad industrial.

1. ¿Qué es la Termogravimetría (TGA)?

La TGA es una técnica instrumental que registra la pérdida o ganancia de masa de un material mientras se somete a un programa controlado de temperatura.

Durante el análisis, la muestra se calienta en una atmósfera controlada (generalmente nitrógeno, aire, argón o oxígeno) y un microbalanza de alta precisión detecta cambios mínimos de masa, típicamente en el rango de nanogramos a microgramos.

¿Qué mide exactamente la TGA?

• Descomposición térmica

• Evaporación de solventes o humedad

• Oxidación o reducción de materiales

• Pérdida de aditivos en formulaciones comerciales

• Estabilidad térmica y punto de degradación

Por su sensibilidad y precisión, la TGA se ha convertido en una herramienta indispensable para el análisis térmico y la caracterización de múltiples materiales.

2. Funcionamiento del equipo TGA

Un sistema TGA estándar consta de:

a) Microbalanza de alta sensibilidad

Es el corazón del instrumento. Debe soportar temperaturas elevadas sin perder precisión.

b) Horno programable

Permite rampas de temperatura controladas, generalmente entre 25 °C y 1200 °C, según el modelo del equipo.

c) Sistema de control de atmósfera

Puede trabajar en:

• Atmósfera inerte (N₂, Ar)

• Atmósfera oxidante (O₂, aire)

Esto permite estudiar reacciones específicas como oxidación o pirolización.

d) Sistema de adquisición de datos

Registra masa, temperatura, tiempo y tasa de pérdida de peso en tiempo real.

3. Curvas termogravimétricas: interpretación paso a paso

El resultado principal de un análisis TGA es la curva TG, que muestra la masa (%) vs temperatura o tiempo.

A menudo también se acompaña de una curva derivada (DTG), que representa la tasa de pérdida de masa (dm/dT), útil para identificar eventos superpuestos.

Interpretación de la curva TG

Las curvas de TGA suelen dividirse en etapas, cada una asociada a un proceso físico o químico:

Etapa 1: Pérdida de humedad

Entre 25–150 °C

• Desorción de agua superficial o ligada

• Materiales higroscópicos muestran mayor caída

Etapa 2: Descomposición térmica primaria

150–400 °C

• Ruptura de enlaces químicos

• Eliminación de grupos funcionales

• Pérdida de plastificantes en polímeros

Etapa 3: Degradación completa / carbonización

400–800 °C

• Degradación de cadenas poliméricas

• Formación de carbón residual

• Reacciones redox si hay atmósfera oxidante

Interpretación de la curva DTG

La DTG muestra picos que indican la temperatura exacta donde ocurre cada evento de degradación.

Ejemplo de usos:

• Identificar la temperatura de máxima tasa de descomposición

• Separar procesos simultáneos

• Comparar estabilidad térmica entre formulaciones

4. Tipos de ensayos por TGA

a) Ensayo en atmósfera inerte (N₂ o Ar)

• Permite estudiar pirolisis o degradación sin oxidación

b) Ensayo en atmósfera oxidante (aire u O₂)

• Para estudiar termoxidación, combustión o estabilidad frente al calor

c) Ensayo isotérmico

La temperatura se mantiene fija para evaluar:

• Cinética de degradación

• Estabilidad a largo plazo

d) Ensayo dinámico

Temperatura aumenta de forma controlada (ej. 10 °C/min).
Es el modo más común.

5. Aplicaciones modernas de la TGA en el estudio de materiales

La TGA se emplea en una gran variedad de industrias y áreas de investigación.

1. Ciencia de materiales

• Determinación de estabilidad térmica

• Estudio de fases y composición inorgánica

• Control de degradación térmica en nuevos materiales

2. Polímeros y plásticos

• Identificar temperatura de degradación

• Determinar contenido de plastificantes, cargas y aditivos

• Control de calidad en PVC, PET, PP y otros polímeros

3. Industria farmacéutica

• Determinación de hidratación de fármacos

• Estudio de solvatos y pérdidas por desolvatación

• Evaluación de estabilidad durante almacenamiento

4. Energía y combustibles

• Caracterización de biomasa

• Estudio de carbonización y reactividad

• Análisis de residuos y cenizas

5. Nanomateriales y biotecnología

• Determinación del contenido de ligandos en nanopartículas

• Evaluación de estabilidad térmica de biopolímeros

• Control de pureza en materiales funcionales

6. Factores que afectan la calidad del análisis TGA

Para obtener resultados confiables:

a) Masa de la muestra

• Demasiada muestra produce errores por gradientes térmicos

• Ideal: 5–20 mg

b) Velocidad de calentamiento

• Rápida: mejor para screening

• Lenta: mayor resolución de eventos complejos

c) Atmósfera y flujo de gas

• Afecta reacciones de oxidación o pirólisis

• Usar flujo recomendado por el fabricante

d) Tipo de crisol

Aluminio, platino o cerámica según temperatura y reactividad.

7. Ventajas y limitaciones de la TGA

Ventajas

• Muy sensible

• Permite estudiar procesos térmicos complejos

• Requiere poca muestra

• Alta reproducibilidad

• Compatible con técnicas acopladas: TGA-FTIR, TGA-MS, TGA-DSC

Limitaciones

• No identifica por sí sola los productos formados

• Requiere interpretación experta

• Algunos procesos superpuestos pueden ser difíciles de separar

La termogravimetría (TGA) es una herramienta esencial para comprender el comportamiento térmico de materiales en prácticamente todas las disciplinas científicas. Desde la caracterización de polímeros y fármacos hasta el estudio de biomasa, nanomateriales y compuestos inorgánicos, la TGA proporciona información que ningún otro método puede ofrecer con la misma precisión.

Dominar la interpretación de las curvas TG y DTG, seleccionar las condiciones adecuadas de atmósfera y temperatura, y comprender los mecanismos de degradación es fundamental para cualquier profesional que trabaje en el estudio de materiales.