Introducción
El ácido cítrico es un ácido tricarboxílico de uso muy extendido que se encuentra en las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética, así como en aplicaciones químicas tales como los agentes quelantes y la síntesis de polímeros de origen biológico. Dado que suele estar expuesto a temperaturas elevadas durante su procesamiento y almacenamiento, es esencial comprender con precisión su Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica, su comportamiento de deshidratación y su vía de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición para evitar la pérdida indeseada de sustancias activas o la liberación de productos de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición gaseosos. El análisis térmico simultáneo, junto con el análisis de gases desprendidos, constituye una potente herramienta para caracterizar no solo la pérdida de masa y los efectos térmicos asociados, sino también la identidad química de los compuestos volátiles liberados, lo que permite una interpretación fiable e inequívoca de los procesos térmicos subyacentes.
Condiciones de medición
Tabla 1: Condiciones de medición
| Instrumento | STA Jupiter® FT-IR INVENIO |
|---|---|
| Muestra | Ácido cítrico |
| Masa de la muestra | 14 mg |
| Rango de temperatura | 30 - 400 °C |
| Velocidad de calentamiento | 20 K/min |
| Atmósfera | N₂, 70 ml/min |
| Crisol | Pt, 85 μl con tapa perforada |
Resultados y discusión
La curva TGA-DSC de la figura 1 muestra un comportamiento térmico en varias etapas del ácido cítrico.
Se produce una pérdida de masa e small e del 4,2 % hasta aproximadamente 100 °C, acompañada de una amplia señal endotérmica en el DSC con una temperatura máxima de 59 °C y un pico en el DTG a 66 °C. Esta etapa se atribuye a la liberación de agua cristalina.
A 150 °C, la curva de DSC muestra un pico EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico pronunciado, resultado de la fusión del ácido cítrico. Por encima de esta temperatura, el material entra en la región de degradación térmica. La etapa principal de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición tiene lugar entre aproximadamente 190 °C y 240 °C y da lugar a una pérdida de masa significativa del 90,8 %. La curva de DTG muestra la velocidad máxima de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición a 221 °C, mientras que la curva de DSC presenta un fuerte pico EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico a 223 °C. Esta estrecha concordancia entre la DTG y la DSC confirma que el proceso de mayor pérdida de masa está directamente relacionado con una Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacción de descomposición endotérmica.
Los datos de TGA-DSC proporcionan información clara sobre el rango de temperaturas, la pérdida de masa y el carácter térmico de los eventos. Sin embargo, estos datos por sí solos no pueden e Identify ar la naturaleza química de los gases liberados. Por este motivo, es esencial combinar el análisis térmico con la espectroscopia FT-IR de la fase gaseosa desprendida. El espectro FT-IR registrado a 60 °C, correspondiente a la primera etapa de pérdida de masa, muestra la estructura fina rotacional-vibracional característica del agua gaseosa en las regiones en torno a 3500-4000 cm⁻¹ y 1300-2000 cm⁻¹, lo que confirma que la pérdida de masa inicial a baja temperatura se debe al agua unida físicamente o de forma débil, y no a ninguna Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. reacción de descomposición; véase la figura 2. Por el contrario, el espectro FT-IR registrado a 220 °C, que corresponde a la etapa principal de pérdida de masa, revela dos características de absorción dominantes: una banda doble cerca de 2300-2360 cm⁻¹, característica del dióxido de carbono, y una banda intensa y nítida cerca de 1750-1800 cm⁻¹, atribuida a las vibraciones de estiramiento del carbonilo. Estas señales demuestran que la etapa principal de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición está impulsada por la descarboxilación de la molécula de ácido cítrico, con la formación simultánea de fragmentos que contienen carbonilo.
Resumen
La caracterización térmica del ácido cítrico mediante TGA-DSC simultáneo, combinado con el análisis FT-IR en fase gaseosa, revela un perfil térmico de tres etapas que consiste en una pérdida inicial de humedad residual, la fusión y una Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición importante impulsada por la descarboxilación por encima de aproximadamente 200 °C. La combinación del análisis térmico con los datos de los gases desprendidos, obtenidos mediante FT-IR, resultó esencial para asignar correctamente cada evento térmico a un proceso físico o químico específico, lo que proporcionó una base sólida para definir los límites de temperatura de seguridad para el procesamiento y el almacenamiento del ácido cítrico en aplicaciones industriales.