소개
소르비톨은 과일에서 발견되는 당 알코올로 식품의 감미료로 자주 사용됩니다. 소르비톨은 네 가지 무수 결정상과 수화물로 존재합니다. 이 다형성은 이 물질의 특성에 영향을 미칩니다: 각 형태는 용융 및 수분 흡수와 관련하여 다르게 행동합니다 [1].
테스트 조건
시그마-알드리치의 소르비톨 샘플(질량: 3.81 mg)을 Concavus® 도가니에서 제조하고 DSC 204 F1 Nevio 로 측정했습니다. 초기 가열은 -80°C에서 150°C 사이에서 10K/min의 가열 속도로 수행되었습니다. 그런 다음 샘플을 10K/min으로 냉각하고 동일한 온도 범위에서 다시 가열했습니다. 그 후 도가니를 실온에서 24시간 동안 보관한 후 동일한 조건에서 -80°C~150°C 사이에서 세 번째로 측정했습니다. DSC 측정은 동적 질소 분위기에서 수행되었습니다.
또한 두 가지 샘플 상태에 대해 PXRD 측정을 수행했습니다:
- 받은 그대로의 샘플
- 150°C로 가열한 후 실온에서 24시간 경과한 샘플
이러한 측정은 solid-chem GmbH의 브루커 D8 어드밴스 회절계로 수행되었습니다.
테스트 결과
그림 2는 세 번의 가열 실행 동안 소르비톨의 DSC 곡선을 보여줍니다. 첫 번째 가열 중에 감지된 91°C의 추정 시작 온도를 가진 흡열 피크는 시료의 용융으로 인한 결과입니다. 이 온도는 감마 형태로 알려진 변형의 일반적인 온도로, 가장 안정적이기 때문에 상업용 애플리케이션에 가장 적합합니다.
10K/min으로 냉각한 후 두 번째 가열에서는 용융 피크가 감지되지 않았습니다: 샘플은 더 이상 결정상을 나타내지 않고 -1°C(중간 온도)에서 유리 전이를 보이는 비정질 상태입니다.
실온에서 하루 정도면 결정화가 충분히 일어날 수 있습니다. 그러나 57°C와 81°C(최고 온도)에서 검출된 피크는 첫 번째 가열 시 검출된 것과는 다른 결정 형태임을 증명합니다. 이 DSC 곡선은 결정화 용융이라고 하는 변형의 전형적인 모습입니다. 이 형태는 감마 형태보다 흡습성이 더 높습니다. 그러나 투명하고 유리 같은 외관으로 인해 상업적으로 사용되며, 예를 들어 딱딱한 사탕 생산에 사용됩니다.
이 연구에서 측정된 결정 형태의 용융 온도는 표 1의 다른 문헌 자료와 비교됩니다.
표 1: 결정 형태의 피크 온도: 이 작업 및 다양한 소스에 대한 비정질 형태의 결정 용융, 알파, 감마 및 유리 전이 온도.
| 형태/온도 [°C] | 이 작품 | 출처 [1] | 소스 [3] | 소스 [4] | 소스 [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| 결정화된 용융물(1차 피크) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| 결정화된 용융물(두 번째 피크) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alpha | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| 감마 | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| 무정형 | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
그림 3은 샘플을 받은 상태(하단)와 150°C로 가열한 후 실온에서 24시간 동안 가열한 후의 샘플(상단)에 대한 PXRD 결과를 표시합니다. 두 곡선은 크게 다릅니다. 받은 시료의 측정에서 검출된 피크는 소르비톨의 감마 형태에 해당합니다(그림 4). 문헌([1], 그림 6 [소르비톨 결정화 용융 다형체의 X-선 분말 회절 패턴])에 따르면 150°C로 가열하고 실온에서 하루를 보낸 후의 곡선은 실제로 소르비톨의 결정화 용융물로 분류할 수 있습니다.
결론
DSC 204 F1 Nevio 를 사용하여 한 번만 가열하면 공급된 소르비톨의 다형성 형태를 확인할 수 있습니다. 용융물에서 감마 형태를 10 K/min로 냉각하는 동안 소르비톨은 결정화되지 않고 무정형상을 형성합니다. 이 비정질 구조는 결정화 용융이라는 새로운 변형으로 실온에서 결정화될 수 있습니다. 이러한 결과는 PXRD 측정으로 확인되었습니다.
소르비톨 변형은 각각 다른 물리적 특성을 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 가공 전에 특성을 분석해야 합니다. DSC 204 F1 Nevio 는 필요한 결과를 쉽고, 빠르고, 안정적으로 제공합니다.
인정
NETZSCH 는 독일 보훔의 솔리드켐(Solid-Chem GmbH)이 PXRD 측정 및 평가를 수행한 것에 대해 감사의 말씀을 전합니다.