Introduktion
Sorbitol er en sukkeralkohol, der findes i frugt, og som ofte anvendes som sødemiddel i fødevarer. Det findes i fire vandfri krystallinske faser plus hydratet. Denne PolymorfismePolymorfisme er et fast materiales evne til at danne forskellige krystallinske strukturer (synonymer: former, modifikationer).polymorfisme har indflydelse på stoffets egenskaber: Hver form opfører sig forskelligt med hensyn til Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning og vandabsorption [1].
Testbetingelser
En sorbitolprøve (masse: 3,81 mg) fra Sigma-Aldrich blev fremstillet i en Concavus® digel og målt med DSC 204 F1 Nevio . Der blev foretaget en indledende opvarmning mellem -80 °C og 150 °C med en opvarmningshastighed på 10 K/min. Derefter blev prøven kølet ned med 10 K/min og opvarmet igen i samme temperaturområde. Derefter blev diglen opbevaret i 24 timer ved stuetemperatur, før den blev målt en tredje gang mellem -80 °C og 150 °C under de samme betingelser. DSC-målingerne blev udført i en dynamisk nitrogenatmosfære.
Derudover blev der udført PXRD-målinger på to prøvetilstande:
- Prøve som modtaget
- Prøve efter opvarmning til 150 °C og 24 timer ved stuetemperatur
Disse målinger blev udført med Bruker D8 Advance-diffraktometeret hos solid-chem GmbH.
Testresultater
Figur 2 viser DSC-kurverne for sorbitol under de tre opvarmningskørsler. Den endotermiske top med en ekstrapoleret begyndelsestemperatur på 91 °C, som blev opdaget under den første opvarmning, skyldes Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning af prøven. Denne temperatur er typisk for den modifikation, der er kendt som en gammaform, som er den mest egnede til kommercielle anvendelser, fordi den er den mest stabile.
Efter afkøling ved 10 K/min blev der ikke fundet nogen smeltetop under den efterfølgende anden opvarmning: Prøven udviser ikke længere nogen krystallinsk fase, og den er i en amorf tilstand med GlasovergangstemperaturGlasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.glasovergang ved -1 °C (middeltemperatur).
En dag ved stuetemperatur er nok til at lade krystalliseringen finde sted. Men toppene ved 57 °C og 81 °C (spidstemperaturer) viser, at det er en anden krystallinsk form end den, der blev opdaget under den første opvarmning. Denne DSC-kurve er typisk for den modifikation, der kaldes krystalliseret smelte. Denne form er mere hygroskopisk end gammaformen. Den bruges dog kommercielt på grund af sit gennemsigtige og glasagtige udseende, for eksempel i produktionen af hårde bolsjer.
Smeltepunkterne for de krystallinske former, der blev målt i dette arbejde, er sammenlignet med forskellige litteraturkilder i tabel 1.
Tabel 1: Toptemperaturer for de krystallinske former: krystallinsk smelte, alfa-, gamma- og glasovergangstemperaturer for den amorfe form for dette arbejde og forskellige kilder.
| Form/Temperatur [°C] | Dette arbejde | Kilde [1] | Kilde [3] | Kilde [4] | Kilde [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Krystalliseret smelte (1. top) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Krystalliseret smelte (2. top) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alpha | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| Gamma | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| Amorf | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
Figur 3 viser PXRD-resultaterne på prøven, som den blev modtaget (nederst), og på prøven efter opvarmning til 150 °C efterfulgt af 24 timer ved stuetemperatur (øverst). De to kurver adskiller sig markant. De toppe, der blev fundet i målingen af den modtagne prøve, svarer til gammaformen af sorbitol (figur 4). Ifølge litteraturen ([1], figur 6 [røntgenpulverdiffraktionsmønster af sorbitols krystalliserede smeltepolymorf]) kan kurven efter opvarmning til 150 °C og en dag ved stuetemperatur faktisk klassificeres som den krystalliserede smelte af sorbitol.
Konklusion
Bare en enkelt opvarmning med DSC 204 F1 Nevio gør det muligt at identificere den polymorfe form af den leverede sorbitol. Under afkøling af gammaformen ved 10 K/min fra smelten krystalliserer sorbitol ikke, men danner en amorf fase. Denne amorfe struktur kan krystallisere ved stuetemperatur som en ny modifikation kaldet krystalliseret smelte. Disse resultater blev bekræftet af PXRD-målinger.
Hver af sorbitolmodifikationerne har forskellige fysiske egenskaber. Derfor skal de karakteriseres før forarbejdning. DSC 204 F1 Nevio giver de nødvendige resultater nemt, hurtigt og pålideligt.
Anerkendelse
NETZSCH vil gerne takke solid-chem GmbH i Bochum, Tyskland, for at have udført PXRD-målingerne og evalueringen.