Inleiding
Sorbitol is een suikeralcohol die voorkomt in fruit en vaak wordt gebruikt als zoetstof in voedingsproducten. Het bestaat in vier watervrije kristallijne fasen plus het hydraat. Dit PolymorfismePolymorfisme is het vermogen van een vast materiaal om verschillende kristallijne structuren te vormen (synoniemen: vormen, modificaties).polymorfisme heeft invloed op de eigenschappen van deze stof: Elke vorm gedraagt zich anders met betrekking tot 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 waterabsorptie [1].
Testomstandigheden
Een sorbitolmonster (massa: 3,81 mg) van Sigma-Aldrich werd bereid in een Concavus® kroes en gemeten met de DSC 204 F1 Nevio . Een eerste verhitting werd uitgevoerd tussen -80°C en 150°C met een verhittingssnelheid van 10 K/min. Daarna werd het monster afgekoeld met 10 K/min en opnieuw verwarmd in hetzelfde temperatuurbereik. Daarna werd de kroes 24 uur bij kamertemperatuur gehouden, voordat het een derde keer werd gemeten tussen -80°C en 150°C onder dezelfde omstandigheden. De DSC-metingen werden uitgevoerd in een dynamische stikstofatmosfeer.
Daarnaast werden PXRD-metingen uitgevoerd op twee monsterstanden:
- Monster zoals ontvangen
- Monster na verwarming tot 150°C en 24 uur bij kamertemperatuur
Deze metingen werden uitgevoerd met de Bruker D8 Advance diffractometer bij solid-chem GmbH.
Testresultaten
Figuur 2 toont de DSC-curven van sorbitol tijdens de drie verhittingen. De endotherme piek met een geëxtrapoleerde begintemperatuur van 91°C, gedetecteerd tijdens de eerste verhitting, is het resultaat 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 het monster. Deze temperatuur is typisch voor de modificatie die bekend staat als een gammavorm, die het meest geschikt is voor commerciële toepassingen omdat het de meest stabiele vorm is.
Na afkoeling bij 10 K/min werd er geen smeltpiek gedetecteerd bij de daaropvolgende tweede verhitting: Het monster vertoont geen kristallijne fase meer en bevindt zich in een amorfe toestand met de GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang bij -1°C (middentemperatuur).
Eén dag bij kamertemperatuur is genoeg om KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie te laten plaatsvinden. De pieken gedetecteerd bij 57°C en 81°C (piektemperaturen) bewijzen echter dat het een andere kristallijne vorm is dan die gedetecteerd tijdens de eerste verhitting. Deze DSC-curve is typisch voor de wijziging die gekristalliseerde smelt wordt genoemd. Deze vorm is hygroscopischer dan de gammavorm. Het wordt echter commercieel gebruikt vanwege het transparante en glasachtige uiterlijk, bijvoorbeeld bij de productie van harde snoepjes.
De smelttemperaturen van de kristallijne vormen die in dit werk zijn gemeten, worden in tabel 1 vergeleken met verschillende literatuurbronnen.
Tabel 1: Piektemperaturen van de kristallijne vormen: kristallijne smelt, alfa, gamma en glasovergangstemperaturen van de amorfe vorm voor dit werk en verschillende bronnen.
| Vorm/Temperatuur [°C] | Dit werk | Bron [1] | Bron [3] | Bron [4] | Bron [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Gekristalliseerde smelt (1e piek) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Gekristalliseerde smelt (2e piek) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alfa | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| Gamma | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| Amorf | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
Figuur 3 toont de PXRD-resultaten van het monster zoals ontvangen (onder) en van het monster na verhitting tot 150°C gevolgd door 24 uur bij kamertemperatuur (boven). De twee curven verschillen aanzienlijk. De pieken die zijn gedetecteerd in de meting van het monster zoals ontvangen, komen overeen met de gammavorm van sorbitol (figuur 4). Volgens de literatuur ([1], figuur 6 [röntgendiffractiepatroon van de polymorf gekristalliseerde smelt van sorbitol]) kan de curve na verhitting tot 150 °C en één dag bij kamertemperatuur inderdaad worden geclassificeerd als de gekristalliseerde smelt van sorbitol.
Conclusie
Met slechts een enkele verhitting met de DSC 204 F1 Nevio kan de polymorfe vorm van het geleverde sorbitol worden geïdentificeerd. Tijdens het afkoelen van de gammavorm bij 10 K/min van de smelt kristalliseert sorbitol niet maar vormt het een amorfe fase. Deze amorfe structuur kan bij kamertemperatuur kristalliseren als een nieuwe modificatie die gekristalliseerde smelt wordt genoemd. Deze resultaten werden bevestigd door PXRD-metingen.
Elk van de sorbitolmodificaties heeft verschillende fysische eigenschappen. Daarom moeten ze gekarakteriseerd worden voordat ze verwerkt worden. De DSC 204 F1 Nevio levert de benodigde resultaten eenvoudig, snel en betrouwbaar.
Erkenning
NETZSCH wil solid-chem GmbH in Bochum, Duitsland, bedanken voor het uitvoeren van de PXRD-metingen en evaluatie.