مقدمة
يستخدم ستيرات المغنيسيوم على نطاق واسع كمادة تشحيم في إنتاج مستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية. وهو متاح تجاريًا كمزيج من عدة أملاح الأحماض الدهنية التي قد تختلف نسبتها. وعلاوة على ذلك، يمكن العثور على ستيرات المغنيسيوم في صورة أحادي الهيدرات وثنائي الهيدرات وثلاثي الهيدرات. في الواقع، تتأثر الخصائص الفيزيائية، وخاصةً خصائص التشحيم لهذه المادة بمحتواها من الرطوبة وحالة ترطيبها. لهذه الأسباب، يمكن أن تختلف خصائص ستيرات المغنيسيوم بشكل كبير من مصنع إلى آخر [2، 3].
يمكن فحص الخواص المتفاوتة لستيرات المغنيسيوم عن طريق التحليل الحراري الحراري DSC، وهي طريقة سهلة وسريعة بشكل خاص للحصول على بصمة للمادة. يمكن أن تساعد طريقة أخرى للتحليل الحراري، وهي TGA، في إعطاء مؤشر حول حالة ترطيب ستيرات المغنيسيوم.
في ما يلي، تم توصيف عينة من ستيرات المغنيسيوم عن طريق قياسات DSC وTGA. وبالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة التأثير على الخواص الحرارية الناتجة عن فترة تخزين لمدة ساعتين عند درجة حرارة 60 درجة مئوية و120 درجة مئوية في جو جاف من النيتروجين.
شروط الاختبار
تم إجراء القياسات باستخدام DSC 214 Polyma وTG 209 Libra® في جو نيتروجين ديناميكي. واستُخدمت بوتقات كونكافوس مختومة بغطاء مثقوب.
نتائج الاختبار
يوضح الشكل 2 منحنى TGA لستيرات المغنيسيوم. بين درجة حرارة الغرفة و125 درجة مئوية، تفقد العينة 3.5% من كتلتها الأولية، نتيجة إطلاق الماء. في هذا النطاق من درجات الحرارة، يتم اكتشاف قمتين في منحنى DTG (المشتقالأول لمنحنى TGA) مما يشير إلى خطوتين: أولًا، يتبخر الماء السطحي (الخطوة الأولى لفقدان الكتلة 1.1%)، ثم يتم إطلاق الماء الهيدرات (الخطوةالثانية لفقدان الكتلة 2.4%) ينتج عن الكتلة المولية 591.27 جم/مول لستيرات المغنيسيوم فقدان نظري للماء بنسبة 2.95% للشكل الأحادي الهيدرات، و5.74% للشكل الثنائي الهيدرات، و8.37% للشكل الثلاثي الهيدرات. ولذلك، فإن الفقد الكتلي المكتشف هو مؤشر على شكل أحادي الهيدرات من ستيرات المغنيسيوم: أثناء التسخين، تفقد العينة أولًا الماء السطحي (الخطوة الأولى لفقدان الكتلة 1.1٪) قبل إطلاق الماء البلوري.
يمكن تأكيد هذه النتيجة من خلال منحنيات TGA التي وصفها D. Lugge في [4]: بالنسبة إلى ثنائي هيدرات المغنيسيوم النقي ثنائي الهيدرات وثلاثي الهيدرات النقي، يكون فقدان الكتلة عند درجة حرارة أقل.
لذلك، تحتوي العينة المقاسة على الأقل على شكل أحادي الهيدرات من ستيرات المغنيسيوم. قد يكون الفرق بين الفقد النظري للماء بنسبة 2.95% والفقد المقاس بنسبة 3.5% بين درجة حرارة الغرفة و125 درجة مئوية ناتجًا عن تبخر الماء السطحي و/أو من وجود ثنائي الهيدرات/ثلاثي الهيدرات في العينة.
يوضح الشكل 3 منحنى DSC لستيرات المغنيسيوم أثناء التسخين إلى 200 درجة مئوية. وتُعزى القمم المكتشفة عند 78.3 درجة مئوية و91.8 درجة مئوية و95.8 درجة مئوية و116.0 درجة مئوية جزئيًا إلى إطلاق الماء السطحي والماء المرتبط، كما هو مبين في TGA. ربما تتداخل عملية التبخر مع ذوبان مكونات العينة.
ولا يرتبط التأثير الحراري الداخلي عند درجة حرارة 145.2 درجة مئوية بفقدان الكتلة، ومن المحتمل أن يكون ناتجًا عن ذوبان أحد مكونات العينة.
ويعرض الشكل 4 منحنيات التذبذب الحراري المغنيسيوم المضاعف DSC لستيرات المغنيسيوم كما وردت إلى جانب منحنيات التذبذب الحراري المضاعف DSC للمادة بعد التخزين لمدة ساعتين عند درجة حرارة 60 درجة مئوية (منحنى أحمر) وعند درجة حرارة 120 درجة مئوية (منحنى أسود)، على التوالي.
أدى التخزين عند درجة حرارة 120 درجة مئوية (المنحنى الأسود) إلى تغيير ملف تعريف DSC تمامًا: فقد أزال ماء الهيدرات. ووفقًا لإرتل وكارستنسنسنز [5]، فإن التسخين عند 105 درجة مئوية لا يزيل الماء فحسب، بل يغير أيضًا بنية البلورات. هنا، أسفر التخزين عند درجة حرارة 120 درجة مئوية عن بنية ذات درجات حرارة قصوى عند 49 درجة مئوية و53 درجة مئوية.
أثناء التخزين عند 60 درجة مئوية، تفقد العينة جزءًا من الماء. ولذلك، تنخفض كمية الماء المنطلقة أثناء التسخين في DSC، مما يقلل من ذروة الإنثالبي بين 30 درجة مئوية و130 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، تتحول التأثيرات قليلاً إلى درجات حرارة أعلى.
تم الكشف عن الذروة بين 130 درجة مئوية و155 درجة مئوية لجميع القياسات الثلاثة، وهي تتفق تمامًا مع نطاق الذوبان النظري لستيرات المغنيسيوم من الدرجة الصيدلانية (130 درجة مئوية إلى 145 درجة مئوية [6]). ومع ذلك، فإن إنثالبيها أعلى بكثير للعينة المخزنة عند 120 درجة مئوية. كما ذكر أعلاه، من المحتمل أن تكون ذروة الإنثالبي الأعلى هذه بعد التخزين عند 120 درجة مئوية مرتبطة بتغير في بنية ستيرات المغنيسيوم [5].
الخاتمة
وينتج عن تخزين ستيرات المغنيسيوم في درجات حرارة مختلفة سلوك حراري مختلف، وهو ما يمكن ملاحظته في تغير منحنيات DSC. تتسبب المعالجة الحرارية في إطلاق الماء المرتبط بشكل مختلف، وتعطي درجة حرارة إطلاق الماء مؤشرًا على نوع الماء (على سبيل المثال، الماء السطحي). ربما تنتج الاختلافات في منحنيات التذبذب الحراري الموزون (DSC) أيضًا من التغيرات في البنية البلورية للعينة أثناء التخزين.
إن ستيرات المغنيسيوم المتاحة تجاريًا عبارة عن مخاليط من الأحماض الدهنية المختلفة التي يمكن أن تختلف من مصنع إلى آخر، مما يجعل TGA و DSC أدوات لا غنى عنها للتحقق قبل تحضير التركيبة الصيدلانية.