Εισαγωγή
Η σορβιτόλη είναι μια αλκοόλη σακχάρου που βρίσκεται στα φρούτα και χρησιμοποιείται συχνά ως γλυκαντικό σε τρόφιμα. Υπάρχει σε τέσσερις άνυδρες κρυσταλλικές φάσεις συν το ένυδρο. Αυτός ο πολυμορφισμός επηρεάζει τις ιδιότητες αυτής της ουσίας: Κάθε μορφή συμπεριφέρεται διαφορετικά όσον αφορά την τήξη και την απορρόφηση νερού [1].
Συνθήκες δοκιμής
Ένα δείγμα σορβιτόλης (μάζα: 3,81 mg) της Sigma-Aldrich παρασκευάστηκε σε χωνευτήρι Concavus® και μετρήθηκε με το DSC 204 F1 Nevio . Πραγματοποιήθηκε αρχική θέρμανση μεταξύ -80°C και 150°C με ρυθμό θέρμανσης 10 K/min. Στη συνέχεια, το δείγμα ψύχθηκε με ρυθμό 10 K/min και θερμάνθηκε εκ νέου στο ίδιο εύρος θερμοκρασιών. Στη συνέχεια, το χωνευτήρι διατηρήθηκε για 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου, προτού μετρηθεί για τρίτη φορά μεταξύ -80°C και 150°C υπό τις ίδιες συνθήκες. Οι μετρήσεις DSC πραγματοποιήθηκαν σε δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου.
Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις PXRD σε δύο καταστάσεις δειγμάτων:
- Δείγμα όπως παραλήφθηκε
- Δείγμα μετά από θέρμανση στους 150°C και 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου
Οι μετρήσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν με το περιθλασίμετρο Bruker D8 Advance της solid-chem GmbH.
Αποτελέσματα δοκιμών
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι καμπύλες DSC της σορβιτόλης κατά τη διάρκεια των τριών κύκλων θέρμανσης. Η ενδόθερμη κορυφή με προεκτιμώμενη θερμοκρασία έναρξης 91°C, που ανιχνεύθηκε κατά την πρώτη θέρμανση, προκύπτει από την τήξη του δείγματος. Αυτή η θερμοκρασία είναι χαρακτηριστική για την τροποποίηση που είναι γνωστή ως μορφή γάμμα, η οποία είναι η καταλληλότερη για εμπορικές εφαρμογές επειδή είναι η πιο σταθερή.
Μετά την ψύξη με ταχύτητα 10 K/min, δεν ανιχνεύθηκε καμία κορυφή τήξης στο πλαίσιο της επακόλουθης δεύτερης θέρμανσης: Το δείγμα δεν παρουσιάζει πλέον κρυσταλλική φάση και βρίσκεται σε άμορφη κατάσταση με υαλώδη μετάβαση στους -1°C (μέση θερμοκρασία).
Μία ημέρα σε θερμοκρασία δωματίου είναι αρκετή για να πραγματοποιηθεί η κρυστάλλωση. Ωστόσο, οι κορυφές που ανιχνεύονται στους 57°C και στους 81°C (θερμοκρασίες κορυφής) αποδεικνύουν ότι πρόκειται για διαφορετική κρυσταλλική μορφή από εκείνη που ανιχνεύθηκε κατά την πρώτη θέρμανση. Αυτή η καμπύλη DSC είναι χαρακτηριστική για την τροποποίηση που ονομάζεται κρυσταλλωμένο τήγμα. Αυτή η μορφή είναι πιο υγροσκοπική από τη μορφή γάμμα. Ωστόσο, χρησιμοποιείται εμπορικά λόγω της διαφανούς και υαλώδους εμφάνισής της, για παράδειγμα στην παραγωγή σκληρών καραμελών.
Οι θερμοκρασίες τήξης των κρυσταλλικών μορφών που μετρήθηκαν στην παρούσα εργασία συγκρίνονται με διάφορες βιβλιογραφικές πηγές στον πίνακα 1.
Πίνακας 1: Θερμοκρασίες αιχμής των κρυσταλλικών μορφών: κρυσταλλικό τήγμα, θερμοκρασίες άλφα, γάμμα και θερμοκρασίες υαλώδους μετάπτωσης της άμορφης μορφής για την παρούσα εργασία και τις διάφορες πηγές.
| Μορφή/Θερμοκρασία [°C] | Αυτή η εργασία | Πηγή [1] | Πηγή [3] | Πηγή [4] | Πηγή [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Κρυσταλλωμένο τήγμα (1η κορυφή) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Κρυσταλλωμένο τήγμα (2η κορυφή) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alpha | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| Γάμμα | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| Άμορφο | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα PXRD για το δείγμα όπως παραλήφθηκε (κάτω) και για το δείγμα μετά από θέρμανση στους 150°C και στη συνέχεια για 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου (πάνω). Οι δύο καμπύλες διαφέρουν σημαντικά. Οι κορυφές που ανιχνεύθηκαν κατά τη μέτρηση του δείγματος όπως παραλήφθηκε αντιστοιχούν στη μορφή γάμμα της σορβιτόλης (σχήμα 4). Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία ([1], εικόνα 6 [διάγραμμα περίθλασης ακτίνων Χ σε σκόνη του πολυμόρφου κρυσταλλοποιημένου τήγματος της σορβιτόλης]), η καμπύλη μετά από θέρμανση στους 150°C και μία ημέρα σε θερμοκρασία δωματίου μπορεί πράγματι να ταξινομηθεί ως το κρυσταλλοποιημένο τήγμα της σορβιτόλης.
Συμπέρασμα
Μια απλή θέρμανση με το DSC 204 F1 Nevio επιτρέπει την ταυτοποίηση της πολυμορφικής μορφής της παρεχόμενης σορβιτόλης. Κατά την ψύξη της γάμμα μορφής με 10 K/min από το τήγμα, η σορβιτόλη δεν κρυσταλλώνεται αλλά σχηματίζει άμορφη φάση. Αυτή η άμορφη δομή μπορεί να κρυσταλλωθεί σε θερμοκρασία δωματίου ως μια νέα τροποποίηση που ονομάζεται κρυσταλλωμένο τήγμα. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώθηκαν με μετρήσεις PXRD.
Κάθε μία από τις τροποποιήσεις της σορβιτόλης έχει διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Για τον λόγο αυτό πρέπει να χαρακτηρίζονται πριν από την επεξεργασία. Το DSC 204 F1 Nevio παρέχει τα απαραίτητα αποτελέσματα εύκολα, γρήγορα και αξιόπιστα.
Αναγνώριση
NETZSCH θα ήθελε να ευχαριστήσει την εταιρεία solid-chem GmbH στο Bochum της Γερμανίας για τη διεξαγωγή των μετρήσεων και της αξιολόγησης PXRD.