Pendahuluan
Ketika air bersentuhan dengan zat kristal, berbagai jenis interaksi mungkin terjadi: Molekul air dapat dengan mudah terserap di permukaan; air cair yang terkondensasi dapat muncul pada padatan (dalam kasus deliquescence atau kondensasi kapiler); atau, air bahkan dapat dimasukkan ke dalam struktur kristal (Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan), membentuk hidrat stoikiometri atau non-stoikiometri [1]. Selama pemanasan, pada gilirannya, jumlah energi yang berbeda diperlukan untuk mengatasi interaksi ini dan memutus ikatan yang terbentuk. Itulah mengapa kita terkadang melihat beberapa langkah kehilangan massa ketika hidrat dipanaskan; molekul air yang teradsorpsi di permukaan terdesorbsi terlebih dahulu, diikuti oleh air yang terikat lebih kuat.
Untuk desain proses dehidrasi, oleh karena itu, sangat penting untuk mengetahui sifat termal sampel tertentu. Analisis termogravimetri yang dikombinasikan dengan evaluasi kinetik sangat berguna dalam hal ini karena dapat membantu secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengembangkan program suhu yang sesuai. Jika pengukuran termal dilakukan dengan menggunakan sistem penghubung, misalnya, dengan menggunakan TGA atau STA yang digabungkan ke sistem analisis gas seperti FT-IR, maka hal ini juga memungkinkan untuk mengetahui apakah gas yang berevolusi selama pemanasan benar-benar hanya air atau apakah ada zat yang mudah menguap yang terlibat.
Magnesiumstearat sebagai Zat Model -Eksperimental
Magnesium stearat adalah salah satu eksipien yang paling banyak digunakan di bidang farmasi. Biasanya digunakan sebagai pelumas yang ditambahkan ke bentuk sediaan padat seperti tablet. Banyak jenis magnesium stearat komersial terdiri dari campuran berbagai hidrat: monohidrat (teratur atau tidak teratur), dihidrat dan/atau trihidrat. [2] Untuk rangkaian percobaan ini, sekitar 6,5 mg bubuk magnesium stearat, seperti yang diterima, dipanaskan dengan laju pemanasan antara 2 K/menit dan 20 K/menit menggunakan perangkat NETZSCH TG 209 F1 . Set lengkap parameter pengukuran diberikan dalam tabel 1.
Tabel 1: Parameter pengukuran
| Parameter | Magnesium Stearat |
|---|---|
| Massa sampel | Kira-kira 6,5 mg |
| Suasana | Nitrogen |
| Wadah | Al, buka |
| Program suhu | RT hingga 180 ° C |
| Tingkat pemanasan | 2, 5, 10 dan 20 K/menit |
| Laju aliran | 40 ml / menit |
| Tempat sampel | TGA, tipe P |
Hasil dan Pembahasan
Kehilangan massa yang diamati dari sampel magnesium stearat dimulai cukup dini. Pada kurva yang dilakukan pada 2 K/menit, penyimpangan sudah terlihat pada suhu sekitar 50°C.
Semakin tinggi laju pemanasan yang diterapkan, semakin banyak kurva yang bergeser ke suhu yang lebih tinggi yang merupakan karakteristik untuk efek kinetik. Lebih jauh lagi, kurva pada laju pemanasan yang lebih tinggi menunjukkan struktur yang lebih jelas. Pada kurva biru (dilakukan pada 20 K/menit), tiga langkah kehilangan massa secara jelas dapat dideteksi. Hal ini mengindikasikan bahwa mengurangi laju pemanasan tidak selalu meningkatkan pemisahan efek yang tumpang-tindih - kadang-kadang yang terjadi justru sebaliknya, seperti dalam contoh ini. Oleh karena itu, kinetika di balik efek kehilangan massa sangat penting.
Untuk mempelajari lebih lanjut mengenai kinetika di balik efek kehilangan massa, perangkat lunak NETZSCH Kinetics Neo kemudian diterapkan. Dengan menggunakan perangkat lunak ini, dimungkinkan untuk menyesuaikan data eksperimen dengan baik dengan menerapkan model tiga langkah berurutan dari reaksi orde ke-n (t: FnFnFn, lihat gbr. 2)
A → B → C → D
Koefisien korelasi yang sesuaiR2, yang merupakan indikator kualitas kecocokan, ditentukan sebesar 0,99993.
Kinetika Neo adalah perangkat lunak kinetika formal yang dapat menganalisis berbagai jenis proses kimia yang bergantung pada suhu, baik yang terkait - di antara berbagai kemungkinan - dengan perubahan massa, perubahan panjang, atau perubahan entalpi. Kinetika Neo dapat bekerja berdasarkan metode tanpa model dan berbasis model. Pendekatan kinetik berbasis model mampu memberikan informasi tentang setiap langkah reaksi beserta parameter terkait seperti energi aktivasi, orde reaksi, atau kontribusi terhadap proses total. Parameter yang dihitung untuk kasus ini tercantum dalam tabel 2.
Berdasarkan temuan ini, prediksi dapat dihitung untuk profil suhu yang sebelumnya tidak diukur, atau yang bahkan tidak dapat diakses secara eksperimental sama sekali.
Hal ini dilakukan untuk dua skenario berikut:
1. Yang pertama adalah simulasi kehilangan klasik pada prosedur pengeringan di ruang pengering yang diatur pada suhu 105°C. [3], [4]
Untuk mensimulasikan penyisipan langsung sampel ke dalam ruang pengering panas, 100 K/menit dipilih sebagai laju pemanasan awal, diikuti oleh segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal pada 105°C (lihat gbr. 3).
Kehilangan massa dimulai selama fase pemanasan cepat tetapi tidak dapat selesai sepenuhnya. Hanya sekitar 3,3% dari kehilangan massa yang terjadi sebelum peralihan ke segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal terjadi. Setelah sekitar 18 menit, kehilangan massa 4,03% tercapai, yang sesuai dengan nilai 4,02% yang diberikan pada sertifikat analisis untuk magnesium stearat yang digunakan.
Tabel 2: Parameter kinetik formal dari proses dehidrasi magnesium stearat
| Parameter | A → B Fn | B → C Fn | C → D Fn |
|---|---|---|---|
| Energi aktivasi [kJ/mol] | 122.34 | 129.25 | 217.42 |
| Log faktor pra-eksponensial | 16.15 | 16.46 | 27.59 |
| Urutan reaksi | 0.853 | 0.948 | 3.007 |
| Kontribusi | 0.553 | 0.349 | 0.009 |
2. Skenario kedua adalah simulasi perlakuan IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal sampel magnesium stearat pada suhu 50°C (gbr. 4).
Dalam hal ini, kehilangan massa yang diamati dimulai segera dan berlangsung lama. Setelah sekitar 32 jam (1920 menit), jumlahnya mencapai 3,75%. Hanya 0,27% (berdasarkan nilai referensi kehilangan massa sebesar 4,02%; lihat di atas) yang tersisa. Nilai ini kurang lebih dipertahankan bahkan jika waktu diperpanjang hingga 80 atau 160 jam. Hal ini menunjukkan bahwa magnesium stearat cenderung kehilangan sebagian besar - tetapi tidak semua - air (hidrat) jika disimpan dalam kondisi kering dan panas untuk waktu yang lebih lama. Namun, untuk dehidrasi total, suhu 50°C tampaknya tidak cukup.
Kesimpulan
Evaluasi kinetik melalui aplikasi NETZSCH Kinetika Neo menawarkan kesempatan untuk menentukan model matematis yang menggambarkan perilaku eksperimental sampel selama perlakuan termal. Meskipun ini adalah deskripsi formal untuk tujuan teknis dan biasanya tidak mencerminkan mekanisme kimiawi lengkap di balik proses, ini dapat memberikan petunjuk berharga tentang apa yang terjadi dalam sampel. Berkenaan dengan proses dehidrasi, hal ini memungkinkan kita untuk dengan mudah menentukan profil suhu mana yang tampaknya lebih menjanjikan - dan semua ini tanpa pendekatan coba-coba yang melelahkan.