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2020-04-09

聊聊最近很火的TGA(热重分析)检测

接着上期说的,越来越多的对照品厂家开始重视产品质量,许多厂家会在质控报告中提供热分析数据,最常见即TGA,那么什么是TGA呢?

   热重分析法(TGA)是在规定程序控制变化的温度范围内,测量被分析样品的重量相关量(如质量、固体残留量或残留率等)随温度或时间的变化关系。

通过分析热重曲线,我们可以知道样品的热稳定性、热分解情况及其杂质组成、热分解产物等与质量相联系的信息。热重量分析的主要特点是普适性高、样品消耗少、灵敏、能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。可以说,只要物质受热时会有组分逸出而引发质量的变化,都可以用热重量分析来研究。

下面以QCC厂家(网站链接:http://www.qcchemical.com/)提供的TGA报告为例,简单介绍一下如何解读TGA数据。

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从图中可以看出,TGA升温范围30-600℃。30-105℃区间,产品的质量减失百分比1.3%;105-400℃之间的质量减失百分比96.8%;400-600℃之间的质量减失百分比0.8%;最终600℃下残渣质量1.1%。

从数据上看很简单,就是某个温度区间的产品质量变化,但是这些数据代表的含义是什么,不妨我们一起来探讨探讨:

阶段一:30-105℃,产品的质量减失百分比1.3%,失重曲线平缓,主要源于吸附水逸出。一般认为,在100-120℃左右失去结晶水和结合水。若样品中含有较多的低沸溶剂残留,则有可能观察到一个明显的失重峰。而这张图中没有明显的失重峰,说明溶残不多或者残留溶剂的挥发性与水接近。

阶段二:105-400℃之间的质量减失百分比96.8%,失重曲线前段平缓,在300℃左右开始骤变,这说明样品开始热降解。大多数有机物在250-300度即开始氧化分解。

阶段三:400-600℃之间的质量减失百分比0.8%,此段产品的热分解基本完成,质量逐渐趋于稳定。

阶段四:残留量为1.1%,此值可视同灰分,但灼烧温度等细节与药典灰分测试不同,不可完全等价。600℃终点下有可能还有部分残碳,可尝试烧到800℃,但此时挥发性无机盐酸盐也可能挥发掉。一般来说,杂质标定需要测:色谱纯度、干燥失重、炽灼残渣。但由于样品量少,时常有人以此项代替炽灼残渣,应注意其差异。 

以QCC厂家的COA为例:

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 从图中可以看出,厂家提供了纯度,水分,残渣(800℃)和溶残数据以及含量数据。

    厂家使用卡尔费休滴定测得水分,然后以核磁氢谱估算溶剂残留量,通过TGA残渣(800 ℃),综合得出了含量数据。

   此外还有厂家仅使用TGA表征水分、溶残和残渣,即测试在105℃的减失质量百分比作为水分和溶残总和,然后测定800℃的残留量作为灰分数据,最终折算出含量。这样做虽然简便,但缺少其他测试数据作为佐证,存在一定的风险。

   最后我们介绍两种更强力的热分析联用技术。

   同步热分析将热重分析TGA与差热分析DTA或差示扫描量热DSC结合为一体,在同一次测量中利用同一样品可同步得到热重与差热信息。

   TGA-GC-MS,即热重串联气质联用。TGA获得热重曲线的同时,将挥发物导入GCMS,得到挥发组分的信息。