Waktu Induksi Oksidasi

Panduan untuk Penentuan OIT yang Berhasil

Tinjauan
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Aplikasi
Produk
Publikasi

Banyak senyawa organik cenderung mengalami reaksi oksidasi dengan adanya oksigen, bahkan pada suhu rendah. Namun beberapa kelas zat, ketika mengalami kondisi isotermal, menunjukkan periode induksi ketika tidak ada reaksi yang terjadi dengan oksigen. Periode waktu ini disebut Waktu Induksi Oksidasi atau Waktu Induksi Oksidatif (OIT). Setelah periode ini, reaksi dengan oksigen terjadi pada laju yang meningkat.

Kelas zat yang menunjukkan sifat ini adalah:

Poliolefin (terutama Polietilena dan Polipropilena)
Minyak gemuk dan minyak pelumas
Lemak dan minyak makan

OIT sering digunakan untuk mempelajari stabilitas material di atas dalam pengembangan proses dan kontrol kualitas. Pengujian ini digunakan untuk menilai tingkat stabilisasi suatu material dengan menentukan waktu terjadinya dekomposisi oksidatif. Pengukuran dilakukan dalam atmosfer oksigen pada suhu yang cukup tinggi untuk memastikan bahwa dekomposisi dimulai dalam waktu yang wajar. OIT dilakukan dalam kondisi yang dipercepat untuk mempersingkat durasi pengukuran demi kepraktisan.

Suhu Onset Oksidasi

Suhu onset oksidasi atau OOT adalah suhu ketika onset oksidasi sampel diamati. Mirip dengan OIT, OOT juga merupakan ukuran relatif dari stabilitas material uji terhadap oksidasi. Semakin tinggi OOT, semakin stabil material tersebut.

Bagaimanakah Cara Mengukur Waktu Induksi Oksidasi (OIT) dan Suhu Onset Oksidasi (OOT)?

OIT adalah waktu dari paparan awal terhadap oksigen hingga timbulnya dekomposisi eksotermik pada suhu isotermal pengujian. Hal ini memberikan ukuran relatif stabilitas bahan uji terhadap oksidasi. Semakin lama OIT, semakin stabil material tersebut. Seperti yang ditunjukkan pada diagram, OIT adalah waktu dari paparan awal terhadap oksigen (t₀) hingga terjadinya oksidasi (t_onset).

OOT atau Suhu Onset Oksidasi adalah suhu pada onset dekomposisi eksotermis yang diukur pada laju pemanasan tertentu dalam lingkungan oksidatif. Uji OOT adalah uji dinamis dan diukur pada laju pemanasan tertentu dengan adanya udara atau oksigen murni. Sampel dipanaskan dalam modul DSC dalam krusibel terbuka dengan laju pemanasan yang diinginkan yaitu 10 K/menit hingga reaksi oksidasi eksotermik dimulai. Hal ini ditunjukkan oleh peningkatan aliran panassecara seketika pada diagram di sebelah kanan. Evaluasi onset dalam kurva memberikan nilai OOT.

Kalorimetri Pemindaian Diferensial

Kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) adalah teknik pengukuran fleksibel yang digunakan di banyak laboratorium analitik serta kontrol kualitas (QC) maupun penelitian dan pengembangan (R&D. Teknik ini digunakan untuk mengukur aliran panas yang dihasilkan dalam sampel saat dipanaskan, didinginkan, atau ditahan secara isotermal pada suhu konstan.

Pengukuran OIT biasanya dilakukan secara isotermal oleh DSC dalam atmosfer oksidatif. Instrumen ini mengukur panas yang dihasilkan dalam reaksi oksidasi dan mendeteksi onset oksidasi yang sesuai.

Sampel dimasukkan dalam krusibel terbuka ke dalam instrumen dan kemudian dipanaskan dengan cepat ke suhu uji isotermal, dengan nitrogen sebagai gas pembersih. Begitu suhu sampel distabilkan, gas pembersih dialihkan ke oksigen. Onset dievaluasi sebagai titik pertemuan garis singgung kurva reaksi eksotermik dengan DSC baseline yang diekstrapolasi, seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Onset ini tidak lain adalah nilai OIT, yang merupakan waktu antara paparan awal terhadap oksigen dan onset reaksi oksidasi.

Kalorimetri Pemindaian Diferensial Tekanan Tinggi (HP DSC) dan Kemiluminesens Kalorimetri Pemindaian Diferensial Tekanan Tinggi

HP DSC 2+ dengan pengontrol tekanan bermanfaat untuk studi OIT dan OOT pada sampel minyak dan petrokimia pada tekanan tinggi dan konsentrasi oksigen tinggi.

Instrumen HP DSC 2+ dapat menganalisis sampel di bawah gas inert atau gas reaktif pada tekanan hingga 10 MPa. Pengontrol tekanan PC10 digunakan untuk mempertahankan tekanan tinggi yang konstan selama percobaan dengan laju aliran gas yang terkontrol. Tekanan tinggi membantu mengurangi penguapan yang tidak diinginkan dari stabilisator atau zat aditif lainnya dari sampel minyak.

Analisis Termal UserCom 32

HP DSC dapat dengan mudah diperluas menjadi Sistem Kemiluminesens HP DSC.

Kemiluminesens adalah radiasi cahaya yang dihasilkan ketika beberapa material teroksidasi. Instrumen ini secara simultan mendeteksi emisi cahaya dan aliran panas dari sampel yang dikenai tekanan gas yang dikontrol secara presisi pada suhu tertentu.

Dalam contoh penentuan OIT oli motor ini, kurva pengukuran DSC menunjukkan efek eksotermik yang kuat setelah sekitar 66 menit yang sesuai dengan dimulainya oksidasi oli.

Onset oksidasi juga terlihat dari kurva pengukuran kemiluminesens. Intensitas kemiluminesens pertama-tama secara bertahap menurun karena degradasi oksidatif stabilisator dan kemudian tiba-tiba meningkat ketika oli menunjukkan oksidasi.

Analisis Termogravimetri (TGA) dan Analisis Termogravimetri/Kalorimetri Pemindaian Diferensial (TGA/DSC)

DSC tentu saja merupakan teknik yang paling banyak digunakan untuk penentuan OOT dan OIT. Namun, dalam beberapa kasus, instrumen TGA dan TGA/DSC juga dapat dipertimbangkan untuk studi OOT. Dalam TGA, oksidasi sampel ditunjukkan oleh penambahan massa dalam kurva TGA. Tinggi step dan suhu onset dapat dievaluasi pada titik ini dan onset ini sesuai dengan OOT sampel. Misalnya, penentuan OOT minyak zaitun yang dilakukan dengan TGA / DSC dalam kondisi krusibel yang berbeda memberikan nilai OOT yang sebanding dengan yang diamati dalam sinyal DSC.

Minyak Zaitun OOT dalam O2 oleh TGA dan DSC

Faktor-faktor yang Memengaruhi

1. Suhu

Suhu isotermal yang digunakan dalam eksperimen OIT memengaruhi hasil OIT. Suhu yang lebih tinggi mempercepat oksidasi, dengan demikian OIT menurun dengan meningkatnya suhu ketika parameter lain seperti massa sampel, laju aliran gas pembersih, dan tekanan konstan. Nilai yang diperoleh untuk OIT PE-HD menurun drastis, dari 55,44 menjadi 3,03 menit, saat suhu meningkat dari 210 °C menjadi 240 °C. Hal ini menunjukkan bahwa kalibrasi suhu isotermal yang akurat sangat penting untuk eksperimen OIT, terutama jika hasil antar laboratorium akan dibandingkan.

Webinar – Pengukuran OIT dengan Analisis Termal

2. Tekanan

Tekanan oksigen yang digunakan dalam reaksi memengaruhi laju reaksi oksidasi. Tekanan yang lebih tinggi membantu mengurangi waktu analisis dan menekan penguapan konstituen yang mudah menguap. Hal ini juga memungkinkan penggunaan suhu pengujian yang lebih rendah, yang lebih mendekati kondisi penggunaan akhir yang sebenarnya. OIT minyak mineral ditentukan secara isotermal pada suhu 195 °C dengan tekanan oksigen yang bervariasi. OIT oli menurun secara drastis saat tekanan bervariasi dari 0,5 mPa hingga 6,8 mPa.

Analisis Termal UserCom 26

3. Tembaga

Oksidasi sering kali dipengaruhi oleh kehadiran katalis, yang mempercepat laju reaksi. Efek ini terlihat pada tembaga. Percobaan OIT yang dilakukan dengan PE-HD dalam krusibel tembaga menghasilkan OIT yang lebih rendah dibandingkan dengan percobaan yang sama yang dilakukan dengan krusibel aluminium, karena tembaga meningkatkan laju reaksi oksidasi.

Analisis Termal UserCom 321

Penentuan Waktu Induksi Oksidasi: Metode Uji Standar

Standar atau norma menyediakan metode pengujian yang dirancang secara ilmiah yang disetujui secara global. Penggunaan metode ini memastikan keseragaman dalam prosedur pengujian serta dasar untuk perbandingan hasil antar laboratorium. Penggunaan metode standar meminimalkan pekerjaan validasi metode, yang merupakan prasyarat untuk persetujuan jaminan kualitas. Analisis OIT dalam kondisi ambien dan dalam kondisi tekanan tinggi telah memiliki metode Standar Internasional khusus seperti ASTM, EN, ISO, dan CEC. Namun, untuk OOT, hanya satu metode standar dari ASTM yang tersedia hingga saat ini. Daftar norma standar yang terkait dengan Analisis Termal diberikan pada tautan di bawah ini.

Standardisasi dalam Analisis Termal

Penentuan OIT
ASTM	ASTM D3895	OIT poliolefina oleh DSC
	ASTM E1858	OIT hidrokarbon oleh DSC

EN	EN 728	OIT fitting dan pipa kelengkapan poliolefina

ISO	ISO 11357	OIT plastik oleh DSC

Penentuan OIT pada Tekanan yang Lebih Tinggi
ASTM	ASTM D5483	OIT minyak gemuk pelumas dengan DSC tekanan
	ASTM D5885	OIT geosintetik poliolefina dengan HPDSC
	ASTM D6186	OIT minyak pelumas dengan DSC tekanan

KTK	CEC L-85-T-99	Oksidasi permukaan panas dari minyak pelumas dengan DSC tekanan

Penentuan OOT pada Tekanan yang Lebih Tinggi
ASTM	ASTM E2009	Suhu Onset Oksidasi (OOT) hidrokarbon oleh DSC

Penyesuaian dan Kalibrasi

Hasil OIT dipengaruhi oleh faktor kalibrasi instrumen. Oleh karena itu, penting bahwa instrumen dikalibrasi dengan benar. Jika tidak, diperlukan penyesuaian suhu. Zat acuan bersertifikat yang tersedia dari LGC dan NIST digunakan untuk prosedur kalibrasi dan penyesuaian rutin.

Analisis OIT dilakukan dalam kondisi isotermal pada suhu tertentu. Oleh karena itu, penyesuaian suhu untuk kondisi isotermal tersebut penting. Untuk itu, zat acuan digunakan untuk satu suhu tertentu, bukan kisaran suhu.

Perangkat lunak STAR^e dilengkapi dengan metode siap pakai untuk pemeriksaan cepat atas status instrumen serta metode kalibrasi dan penyesuaian khusus untuk satu zat acuan atau kombinasi yang berbeda. Pilihan acuan akan tergantung pada rentang suhu kerja pengguna.

Analisis Termal UserCom 6

Webinar –Kalibrasi dan Penyesuaian dalam Analisis Termal

Analisis Termal dalam Buku Pegangan Praktik

Tip dan Petunjuk

Biarkan instrumen menjadi stabil sebelum memulai percobaan.
Untuk pelaporan, jangan masukkan pengukuran pertama setelah menyalakan instrumen.
Periksalah kalibrasi instrumen sebelum melakukan eksperimen. Untuk eksperimen OIT, penyesuaian suhu yang tepat sangatlah penting.
Pertahankan jumlah sampel yang seragam dalam beberapa pengukuran.
Sebarkan sampel secara merata di bagian dasar krusibel. Untuk sampel cair, pastikan sampel tersebut menutupi pinggiran bawah krusibel.
Sampel harus diukur dalam krusibel terbuka atau ditutup sebagian dengan tutup yang ditusuk dengan lima lubang berukuran 1 mm untuk mencegah produk oksidasi keluar.
Dengan mempertimbangkan kondisi praktis, ubahlah suhu pengukuran untuk mencapai hasil OIT dalam batas.
Jika sampel atau produk oksidasinya tumpah ke sensor selama pengukuran, lakukan proses burnout untuk pembersihan sebelum melanjutkan dengan sampel berikutnya.

Webinar - Kalibrasi dan Penyesuaian dalam Analisis Termal

Buklet Tip dan Petunjuk Panduan Analisis Termal

PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN

Apakah perbedaan antara OIT dan OOT?

OIT (Waktu Induksi Oksidasi) adalah waktu dari paparan awal oksigen hingga onset dekomposisi eksotermik pada suhu isotermal pengujian. OOT (Suhu Onset Oksidasi) adalah nilai suhu pada onset dekomposisi eksotermis yang diukur pada laju pemanasan tertentu di lingkungan oksidatif.

Apakah pentingnya nilai OIT?

OIT menunjukkan stabilitas sampel terhadap kondisi oksidatif. Semakin lama OIT, semakin stabil sampel. OIT juga menentukan masa simpan suatu material.

Bagaimanakah cara memilih suhu untuk pengukuran OIT?

Pada umumnya, disarankan untuk melakukan pengukuran OOT terlebih dahulu. Setelah suhu permulaan reaksi oksidasi diperoleh, suhu isotermal untuk analisis OIT dipilih sebagai OOT - 30 °C. Jika menggunakan metode uji standar, metode ini menyebutkan suhu uji yang digunakan.
Untuk mendapatkan hasil yang dapat direproduksi, OIT minimal harus 5 menit. Jika kurang dari itu, suhu harus diturunkan sebanyak 10 K. Jika OIT lebih dari 1 jam, suhu pengukuran harus dinaikkan sebanyak 10 K.

Krusibel manakah yang cocok untuk eksperimen OIT?

Aluminium atau tembaga? Krusibel aluminium dan tembaga dapat digunakan untuk eksperimen OIT. Namun, tembaga bertindak sebagai katalis untuk reaksi oksidasi dan memberikan nilai OIT yang lebih rendah. Oleh karena itu, krusibel tembaga digunakan ketika aksi katalitis dipelajari.

Bagaimanakah cara mencapai reproduksibilitas selama pengukuran OIT?

Untuk hasil yang dapat direproduksi, massa sampel harus sebanding saat melakukan beberapa pengukuran. Hasil OIT tergantung pada suhu, sehingga kalibrasi suhu yang presisi sangatlah penting.

Kapankah perlu menggunakan Kalorimetri Pemindaian Diferensial Tekanan Tinggi untuk pengukuran OIT?

Jika nilai OIT terlalu tinggi dan memiliki keterbatasan praktis, penggunaan tekanan oksigen yang lebih tinggi dapat meningkatkan laju reaksi. Sebaliknya, jika penggunaan kondisi tekanan tinggi disebutkan dalam metode sesuai standar internasional, HP DSC dapat digunakan.