Εισαγωγή
Το Nipagin είναι μια λευκή σκόνη με τη χημική ονομασία 4-υδροξυβενζοϊκό μεθύλιο (εικόνα 1). Χρησιμοποιείται ως συντηρητικό σε καλλυντικά, φάρμακα και σε τρόφιμα με την ονομασία E218 [1, 2].
Οι έρευνες αποικοδόμησης και αποσύνθεσης των προϊόντων αποτελούν θεμελιώδεις δοκιμές για κάθε φαρμακευτικό ή παρόμοιο προϊόν που εφαρμόζεται στις βιομηχανίες τροφίμων και καλλυντικών. Τα πειράματα εκθέτουν το υλικό και άλλες ουσίες εντός του προϊόντος σε εξωτερική καταπόνηση για την αξιολόγηση της σταθερότητας των συστατικών ή του σκευάσματος. Η εξωτερική καταπόνηση μπορεί να είναι, για παράδειγμα, το pH (ισορροπία οξέων-βάσεων), το φως, η υγρασία, η θερμοκρασία κ.λπ. Για έρευνες που βασίζονται σε θερμικές καταπονήσεις, η σύζευξη των τεχνικών TGA και FT-IR είναι μια κατάλληλη μέθοδος για την επίτευξη γρήγορου χαρακτηρισμού της συμπεριφοράς αποσύνθεσης, αποικοδόμησης και θερμικής σταθερότητας.
Στη συνέχεια, η θερμική συμπεριφορά ενός δείγματος Nipagin χαρακτηρίστηκε με τη βοήθεια της TGA-FT-IR.
Συνθήκες δοκιμής
Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε σε Nipagin (9,22 mg) που ζυγίστηκε σε ανοιχτό χωνευτήρι οξειδίου του αλουμινίου. Το δείγμα τοποθετήθηκε στο TG 209 F1 Libra® και θερμάνθηκε στους 600°C με ταχύτητα 10 K/min υπό δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου. Τα αέρια που αναπτύχθηκαν κατά τη θέρμανση μεταφέρθηκαν απευθείας στην κυψελίδα αερίου του φασματογράφου FT-IR που κατασκευάστηκε από την Bruker Optics.
Αποτελέσματα δοκιμών
Το Σχήμα 2 απεικονίζει τις μεταβολές της μάζας της Nipagin κατά τη θέρμανση (πράσινη καμπύλη). Η απώλεια μάζας 100% υποδηλώνει την πλήρη αποσύνθεση μεταξύ περίπου 125°C και 230°C. Το σημείο τήξης της Nipagin βρίσκεται στους 125,2°C [2]. Αυτό σημαίνει ότι η ουσία αποσυντίθεται αμέσως μετά την τήξη της.
Η καμπύλη γνωστή ως Gram Schmidt (μαύρη) δείχνει τη συγκέντρωση των εξελιγμένων ουσιών που ανιχνεύονται από το FT-IR ως συνάρτηση του χρόνου. Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται τα φάσματα FT-IR των προϊόντων που απελευθερώνονται στους 206°C και 227°C, τα οποία είναι πανομοιότυπα.
Η ζώνη στα 3648 cm-1 είναι χαρακτηριστική για τους δεσμούς Ο-Η. Οι ζώνες με χαμηλότερες εντάσεις στα 2800 cm-1 και 3100 cm-1 είναι χαρακτηριστικές για τις δονήσεις C-H των αλκανίων (< 3000 cm-1) και των αλκενίων (> 3000 cm-1). Η ζώνη στα 1745 cm-1 υποδηλώνει δονήσεις C=O. Η περιοχή μεταξύ 1450 cm-1 και 1625 cm-1 μπορεί να αποδοθεί σε αρωματικούς σκελετούς.
Η σύγκριση του μετρούμενου φάσματος FT-IR των προϊόντων που απελευθερώνονται στους 227°C με το φάσμα FT-IR της Nipagin της βιβλιογραφίας στο σχήμα 4 αποκαλύπτει ότι τα δύο φάσματα είναι πρακτικά πανομοιότυπα. Αυτό σημαίνει ότι η Nipagin δεν αποσυντίθεται, αλλά εξατμίζεται κατά τη θέρμανση σε αδρανή ατμόσφαιρα.
Συμπέρασμα
Οι μετρήσεις TGA-FT-IR επιτρέπουν τη διερεύνηση της θερμικής σταθερότητας υλικών όπως φαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά και τρόφιμα. Στην περίπτωση της Nipagin, παρατηρήθηκε ότι η απώλεια μάζας δεν οφειλόταν σε αποσύνθεση του δείγματος, όπως θα μπορούσε να συναχθεί μόνο από τη μέτρηση TGA, αλλά σε εξάτμιση. Το φάσμα TGA-FT-IR στον υψηλότερο ρυθμό αποσύνθεσης δείχνει σαφώς το αποτύπωμα της Nipagin που επιβεβαιώνεται από τα βιβλιογραφικά δεδομένα.
Με τη σύζευξη TGA-FT-IR, αναπτύχθηκε ένα εργαλείο που χαρακτηρίζει εύκολα τις απώλειες μάζας που παρατηρούνται στην TGA και επιτρέπει έτσι την εξαγωγή συμπερασμάτων ως προς το αν ένα υλικό αποσυντίθεται, αποδομείται ή εξατμίζεται υπό θερμική επίδραση.