Bevezetés
A citromsav egy széles körben használt trikarbonsav, amely az élelmiszer-, gyógyszer- és kozmetikai iparban, valamint olyan vegyipari alkalmazásokban is megtalálható, mint a kelátképző szerek és a bioalapú polimerek szintézise. Mivel a feldolgozás és tárolás során gyakran magas hőmérsékletnek van kitéve, HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitásának, dehidratációs viselkedésének és bomlási útjának pontos ismerete elengedhetetlen a hatóanyagok nem kívánt veszteségének vagy a gáz halmazállapotú bomlástermékek kibocsátásának elkerüléséhez. A hőelemzés és a kibocsátott gázok elemzésének egyidejű alkalmazása hatékony eszközt nyújt nemcsak a tömegveszteség és a kapcsolódó hőhatások jellemzésére, hanem a kibocsátott illékony anyagok kémiai összetételének meghatározására is, lehetővé téve az alapul szolgáló hőfolyamatok megbízható és egyértelmű értelmezését.
Mérési feltételek
1. táblázat: Mérési feltételek
| Mérőműszer | STA Jupiter® FT-IR INVENIO |
|---|---|
| Minta | Citromsav |
| Minta tömege | 14 mg |
| Hőmérséklet-tartomány | 30–400 °C |
| Fűtési sebesség | 20 K/min |
| Környezet | N2, 70 ml/perc |
| Tégely | Pt, 85 μl, áttört fedéllel |
Eredmények és megbeszélés
Az 1. ábrán látható TGA-DSC-görbe a citromsav többfázisú hőviselkedését mutatja.
small -szerinti tömegveszteség 4,2 %-ot tesz ki körülbelül 100 °C-ig, amelyet egy széles endoterm DSC-jel kísér, amelynek csúcshőmérséklete 59 °C, a DTG-csúcs pedig 66 °C-on jelentkezik. Ez a szakasz a kristályvíz felszabadulásának tulajdonítható.
150 °C-on a DSC-görbe éles endoterm csúcsot mutat, amely a citromsav Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadásából ered. Ezen a hőmérsékleten felül az anyag belép a termikus bomlási tartományba. A fő bomlási lépés körülbelül 190 °C és 240 °C között zajlik le, és 90,8 %-os jelentős tömegveszteséget eredményez. A DTG-görbe a maximális bomlási sebességet 221 °C-on mutatja, míg a DSC-görbe 223 °C-on erős endoterm csúcsot jelez. A DTG és a DSC közötti szoros egyezés megerősíti, hogy a legnagyobb tömegveszteséget okozó folyamat közvetlenül kapcsolódik egy endoterm Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakcióhoz.
A TGA-DSC-adatok egyértelmű információt nyújtanak a hőmérsékleti tartományról, a tömegveszteségről és az események termikus jellegéről. Ezek az adatok azonban önmagukban nem képesek meg Identify álni a felszabaduló gázok kémiai természetét. Emiatt elengedhetetlen a termikus elemzés és a felszabaduló gázfázis FT-IR-spektroszkópiájának összekapcsolása. A 60 °C-on rögzített FT-IR spektrum, amely az első tömegvesztési lépésnek felel meg, a gázhalmazállapotú víz jellegzetes rotációs-vibrációs finomszerkezetét mutatja a 3500–4000 cm⁻¹ és 1300–2000 cm⁻¹ körüli tartományokban, megerősítve, hogy a kezdeti, alacsony hőmérsékletű tömegvesztés nem Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakciónak, hanem fizikailag vagy lazán kötött víznek köszönhető (lásd a 2. ábrát). Ezzel szemben a 220 °C-on rögzített FT-IR spektrum, amely a fő tömegvesztési lépésnek felel meg, két domináns abszorpciós jellemzőt mutat: egy 2300–2360 cm⁻¹ körüli duplacsíkot, amely a szén-dioxidra jellemző, valamint egy erős, éles sávot 1750–1800 cm⁻¹ közelében, amelyet a karbonilnyújtási rezgéseknek tulajdonítanak. Ezek a jelek azt mutatják, hogy a fő bomlási lépést a citromsavmolekula dekarboxilezése vezérli, karboniltartalmú fragmensek egyidejű képződésével.
Összefoglalás
A citromsav hőjellemzését egyidejű TGA-DSC-vel, FT-IR gázfázisú elemzéssel kombinálva végeztük; az eredmények egy háromlépcsős hőprofilot tártak fel, amely a maradék nedvesség kezdeti elvesztéséből, az olvadásból, valamint körülbelül 200 °C felett bekövetkező, főként dekarboxilezés által vezérelt bomlásból áll. A termikus elemzés és a kibocsátott gázokra vonatkozó adatok FT-IR-rel történő összekapcsolása elengedhetetlennek bizonyult ahhoz, hogy az egyes termikus eseményeket helyesen egy konkrét fizikai vagy kémiai folyamathoz rendeljék, ezzel szilárd alapot biztosítva a citromsav ipari alkalmazásokban történő biztonságos feldolgozási és tárolási hőmérsékleti határértékeinek meghatározásához.