Wprowadzenie
Sorbitol to alkohol cukrowy występujący w owocach, który jest często stosowany jako słodzik w produktach spożywczych. Występuje w czterech bezwodnych fazach krystalicznych plus hydrat. Ten PolimorfizmPolimorfizm to zdolność materiału stałego do tworzenia różnych struktur krystalicznych (synonimy: formy, modyfikacje).polimorfizm ma wpływ na właściwości tej substancji: Każda forma zachowuje się inaczej w odniesieniu do topnienia i absorpcji wody [1].
Warunki testu
Próbkę sorbitolu (masa: 3,81 mg) z Sigma-Aldrich przygotowano w tyglu Concavus® i zmierzono za pomocą DSC 204 F1 Nevio . Początkowe ogrzewanie przeprowadzono w zakresie od -80°C do 150°C przy szybkości ogrzewania 10 K/min. Następnie próbkę schładzano z prędkością 10 K/min i ponownie ogrzewano w tym samym zakresie temperatur. Następnie tygiel był przechowywany przez 24 godziny w temperaturze pokojowej, po czym został zmierzony po raz trzeci w zakresie od -80°C do 150°C w tych samych warunkach. Pomiary DSC przeprowadzono w dynamicznej atmosferze azotu.
Dodatkowo wykonano pomiary PXRD dla dwóch stanów próbki:
- Próbka otrzymana
- Próbka po podgrzaniu do 150°C i 24 godzinach w temperaturze pokojowej
Pomiary te przeprowadzono za pomocą dyfraktometru Bruker D8 Advance w solid-chem GmbH.
Wyniki testów
Rysunek 2 przedstawia krzywe DSC sorbitolu podczas trzech cykli ogrzewania. Pik EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny z ekstrapolowaną temperaturą początku 91°C, wykryty podczas pierwszego ogrzewania, wynika z topnienia próbki. Temperatura ta jest typowa dla modyfikacji znanej jako forma gamma, która jest najbardziej odpowiednia do zastosowań komercyjnych, ponieważ jest najbardziej stabilna.
Po schłodzeniu z prędkością 10 K/min nie wykryto piku topnienia podczas drugiego ogrzewania: Próbka nie wykazuje już żadnej fazy krystalicznej i jest w stanie amorficznym z przejściem szklistym w temperaturze -1°C (temperatura środkowa).
Jeden dzień w temperaturze pokojowej wystarczy, aby nastąpiła KrystalizacjaKrystalizacja to fizyczny proces twardnienia podczas tworzenia i wzrostu kryształów. Podczas tego procesu uwalniane jest ciepło krystalizacji.krystalizacja. Jednak piki wykryte w 57°C i 81°C (temperatury szczytowe) dowodzą, że jest to inna forma krystaliczna niż ta wykryta podczas pierwszego ogrzewania. Ta krzywa DSC jest typowa dla modyfikacji zwanej skrystalizowanym stopem. Ta forma jest bardziej higroskopijna niż forma gamma. Jest ona jednak wykorzystywana komercyjnie ze względu na swój przezroczysty i szklisty wygląd, na przykład w produkcji twardych cukierków.
Temperatury topnienia form krystalicznych zmierzone w tej pracy porównano z różnymi źródłami literaturowymi w tabeli 1.
Tabela 1: Temperatury szczytowe form krystalicznych: stopu krystalicznego, alfa, gamma i temperatury zeszklenia formy amorficznej dla tej pracy i różnych źródeł.
| Forma/Temperatura [°C] | Niniejsza praca | Źródło [1] | Źródło [3] | Źródło [4] | Źródło [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Skrystalizowany stop (1. pik) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Skrystalizowany stop (2. pik) | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| Alfa | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| Gamma | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| Amorficzny | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
Rysunek 3 przedstawia wyniki PXRD próbki w stanie, w jakim została otrzymana (na dole) oraz próbki po podgrzaniu do 150°C, a następnie 24 godzinach w temperaturze pokojowej (na górze). Obie krzywe znacznie się różnią. Piki wykryte w pomiarze próbki w stanie otrzymanym odpowiadają formie gamma sorbitolu (rysunek 4). Zgodnie z literaturą ([1], rysunek 6 [rentgenowski wzór dyfrakcji proszkowej skrystalizowanego stopionego polimorfu sorbitolu]), krzywa po podgrzaniu do 150°C i jednym dniu w temperaturze pokojowej może być rzeczywiście sklasyfikowana jako skrystalizowany stopiony sorbitol.
Wnioski
Już pojedyncze ogrzewanie za pomocą DSC 204 F1 Nevio pozwala na identyfikację formy polimorficznej dostarczonego sorbitolu. Podczas chłodzenia formy gamma z prędkością 10 K/min ze stopu, sorbitol nie krystalizuje, ale tworzy fazę amorficzną. Ta amorficzna struktura może krystalizować w temperaturze pokojowej jako nowa modyfikacja zwana skrystalizowanym stopem. Wyniki te zostały potwierdzone przez pomiary PXRD.
Każda z modyfikacji sorbitolu ma inne właściwości fizyczne. Dlatego muszą być one scharakteryzowane przed przetworzeniem. Analizator DSC 204 F1 Nevio umożliwia łatwe, szybkie i wiarygodne uzyskanie niezbędnych wyników.
Podziękowanie
NETZSCH chcieliby podziękować solid-chem GmbH w Bochum, Niemcy, za przeprowadzenie pomiarów i oceny PXRD.