Inleiding
Citroenzuur is een veelgebruikt tricarbonzuur dat voorkomt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische en cosmetische industrie, maar ook in chemische toepassingen zoals chelaatvormers en de synthese van biogebaseerde polymeren. Aangezien het tijdens verwerking en opslag vaak wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, is een nauwkeurig inzicht in de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit, het dehydratatiegedrag en het afbraakproces essentieel om ongewenst verlies van werkzame stoffen of het vrijkomen van gasvormige afbraakproducten te voorkomen. Gelijktijdige thermische analyse in combinatie met analyse van vrijgekomen gassen biedt een krachtig hulpmiddel om niet alleen het massaverlies en de bijbehorende warmte-effecten te karakteriseren, maar ook de chemische identiteit van de vrijgekomen vluchtige stoffen, waardoor een betrouwbare en eenduidige interpretatie van de onderliggende thermische processen mogelijk wordt.
Meetomstandigheden
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Instrument | STA Jupiter® FT-IR INVENIO |
|---|---|
| Monster | Citroenzuur |
| Massa van het monster | 14 mg |
| Temperatuurbereik | 30 - 400 °C |
| Verwarmingssnelheid | 20 K/min |
| Atmosfeer | N₂, 70 ml/min |
| Smeltkroes | Pt, 85 μl met geperforeerd deksel |
Resultaten en bespreking
De TGA-DSC-curve in figuur 1 toont een thermisch gedrag in meerdere fasen van citroenzuur.
Er treedt een small e massaverlies van 4,2 % op tot ongeveer 100 °C, vergezeld van een breed EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm DSC-signaal met een piektemperatuur van 59 °C en een DTG-piek bij 66 °C. Deze stap wordt toegeschreven aan het vrijkomen van kristalwater.
Bij 150 °C vertoont de DSC-curve een scherpe endotherme piek, die het gevolg is van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van citroenzuur. Boven deze temperatuur komt het materiaal in het gebied van thermische afbraak. De belangrijkste afbraakstap vindt plaats tussen ongeveer 190 °C en 240 °C en resulteert in een aanzienlijk massaverlies van 90,8 %. De DTG-curve vertoont de maximale afbraaksnelheid bij 221 °C, terwijl de DSC-curve een sterke endotherme piek vertoont bij 223 °C. Deze nauwe overeenstemming tussen DTG en DSC bevestigt dat het grootste massaverliesproces rechtstreeks verband houdt met een endotherme afbraakreactie.
De TGA-DSC-gegevens bieden duidelijke informatie over het temperatuurbereik, het massaverlies en de thermische aard van de gebeurtenissen. Deze gegevens alleen kunnen echter de chemische aard van de vrijgekomen gassen niet be Identify. Om deze reden is het essentieel om thermische analyse te koppelen aan FT-IR-spectroscopie van de vrijgekomen gasfase. Het FT-IR-spectrum dat bij 60 °C is geregistreerd, wat overeenkomt met de eerste fase van het massaverlies, toont de karakteristieke rotatie-vibratiefijnstructuur van gasvormig water in de gebieden rond 3500-4000 cm⁻¹ en 1300-2000 cm⁻¹, wat bevestigt dat het aanvankelijke massaverlies bij lage temperatuur te wijten is aan fysisch of los gebonden water en niet aan een OntledingsreactieEen ontledingsreactie is een thermisch geïnduceerde reactie van een chemische verbinding waarbij vaste en/of gasvormige producten worden gevormd. ontledingsreactie, zie figuur 2. Daarentegen vertoont het FT-IR-spectrum dat bij 220 °C is geregistreerd, wat overeenkomt met de belangrijkste fase van het massaverlies, twee dominante absorptiekenmerken: een dubbele band nabij 2300–2360 cm⁻¹, kenmerkend voor kooldioxide, en een sterke, scherpe band rond 1750–1800 cm⁻¹, die wordt toegeschreven aan carbonyl-strekschommelingen. Deze signalen tonen aan dat de belangrijkste afbraakfase wordt aangedreven door de decarboxylatie van het citroenzuurmolecuul, waarbij tegelijkertijd carbonylhoudende fragmenten worden gevormd.
Samenvatting
De thermische karakterisering van citroenzuur door middel van gelijktijdige TGA-DSC in combinatie met FT-IR-gasfaseanalyse brengt een driestaps thermisch profiel aan het licht, bestaande uit een aanvankelijk verlies van restvocht, Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten en een omvangrijke, door decarboxylatie aangedreven ontleding boven ongeveer 200 °C. De koppeling van thermische analyse en gegevens over vrijgekomen gassen via FT-IR bleek essentieel om elke thermische gebeurtenis correct toe te wijzen aan een specifiek fysisch of chemisch proces, wat een solide basis vormt voor het vaststellen van veilige verwerkings- en opslagtemperatuurgrenzen voor citroenzuur in industriële toepassingen.