Úvod
Sorbitol je cukerný alkohol obsažený v ovoci, který se často používá jako sladidlo v potravinářských výrobcích. Existuje ve čtyřech bezvodých krystalických fázích a v hydrátu. Tento PolymorfismusPolymorfismus je schopnost pevného materiálu vytvářet různé krystalické struktury (synonyma: formy, modifikace).polymorfismus má vliv na vlastnosti této látky: Každá forma se chová jinak, pokud jde o tání a absorpci vody [1].
Testovací podmínky
Vzorek sorbitolu (hmotnost: 3,81 mg) od firmy Sigma-Aldrich byl připraven v kelímku Concavus® a změřen pomocí přístroje DSC 204 F1 Nevio . Počáteční ohřev byl proveden v rozmezí -80 °C až 150 °C při rychlosti ohřevu 10 K/min. Poté byl vzorek ochlazen rychlostí 10 K/min a znovu zahříván ve stejném teplotním rozsahu. Poté byl kelímek ponechán 24 hodin při pokojové teplotě a následně bylo provedeno třetí měření v rozmezí -80 °C až 150 °C za stejných podmínek. Měření DSC se prováděla v atmosféře dynamického dusíku.
Kromě toho byla provedena měření PXRD na dvou stavech vzorku:
- Vzorek ve stavu, v jakém byl přijat
- Vzorek po zahřátí na 150 °C a 24 hodinách při pokojové teplotě
Tato měření byla provedena na difraktometru Bruker D8 Advance ve společnosti solid-chem GmbH.
Výsledky testů
Na obrázku 2 jsou zobrazeny DSC křivky sorbitolu během tří ohřevů. Endotermický pík s extrapolovanou teplotou nástupu 91 °C, zjištěný během prvního zahřívání, je důsledkem tání vzorku. Tato teplota je typická pro modifikaci známou jako gama forma, která je nejvhodnější pro komerční použití, protože je nejstabilnější.
Po ochlazení rychlostí 10 K/min nebyl při následném druhém ohřevu zjištěn žádný pík tání: Vzorek již nevykazuje žádnou krystalickou fázi a nachází se v amorfním stavu se skelným přechodem při -1 °C (střední teplota).
Ke krystalizaci stačí jeden den při pokojové teplotě. Píky zjištěné při 57 °C a 81 °C (teploty píků) však dokazují, že se jedná o jinou krystalickou formu než tu, která byla zjištěna při prvním zahřívání. Tato DSC křivka je typická pro modifikaci zvanou krystalizovaná tavenina. Tato forma je hygroskopičtější než gama forma. Používá se však komerčně kvůli svému průhlednému a sklovitému vzhledu, například při výrobě tvrdých cukrovinek.
Teploty tání krystalických forem naměřené v této práci jsou porovnány s různými literárními zdroji v tabulce 1.
Tabulka 1: Vrcholové teploty krystalických forem: krystalická tavenina, alfa, gama a teploty skelného přechodu amorfní formy pro tuto práci a různé zdroje.
| Forma/teplota [°C] | Tato práce | Zdroj [1] | Zdroj [3] | Zdroj [4] | Zdroj [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Krystalizovaná tavenina (1. pík) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Krystalizovaná tavenina (2. vrchol) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alpha | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| Gamma | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| Amorfní | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
Na obrázku 3 jsou zobrazeny výsledky PXRD na vzorku, jak byl přijat (dole), a na vzorku po zahřátí na 150 °C a následném 24hodinovém zahřívání při pokojové teplotě (nahoře). Obě křivky se výrazně liší. Píky zjištěné při měření vzorku v přijaté podobě odpovídají gama formě sorbitolu (obrázek 4). Podle literatury ([1], obr. 6 [Rentgenový práškový difrakční obrazec polymorfu krystalizované taveniny sorbitolu]) lze křivku po zahřátí na 150 °C a jednom dni při pokojové teplotě skutečně klasifikovat jako krystalizovanou taveninu sorbitolu.
Závěr
Pouhým zahřátím na přístroji DSC 204 F1 Nevio lze identifikovat polymorfní formu dodaného sorbitolu. Při ochlazování gama formy rychlostí 10 K/min z taveniny sorbitol nekrystalizuje, ale tvoří amorfní fázi. Tato amorfní struktura může při pokojové teplotě krystalizovat jako nová modifikace nazývaná krystalizovaná tavenina. Tyto výsledky byly potvrzeny měřením PXRD.
Každá z modifikací sorbitolu má jiné fyzikální vlastnosti. Proto je třeba je před zpracováním charakterizovat. Přístroj DSC 204 F1 Nevio poskytuje potřebné výsledky snadno, rychle a spolehlivě.
Poděkování
NETZSCH děkuje společnosti solid-chem GmbH v Bochumi, Německo, za provedení měření a vyhodnocení PXRD.