Wprowadzenie
Nipagina to biały proszek o nazwie chemicznej 4-hydroksybenzoesan metylu (rysunek 1). Jest stosowany jako środek konserwujący w kosmetykach, lekach i żywności pod nazwą E218 [1, 2].
Badania degradacji i rozkładu produktu są podstawowymi testami dla każdego produktu farmaceutycznego lub podobnego stosowanego w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. Eksperymenty wystawiają materiał i inne substancje w produkcie na działanie zewnętrznego stresu w celu oceny stabilności składników lub formulacji. Stresem zewnętrznym może być na przykład pH (równowaga kwasowo-zasadowa), światło, wilgoć, temperatura itp. W przypadku badań opartych na naprężeniach termicznych, połączenie technik TGA i FT-IR jest odpowiednią metodą uzyskania szybkiej charakterystyki rozkładu, degradacji i stabilności termicznej.
Poniżej scharakteryzowano zachowanie termiczne próbki Nipagin za pomocą TGA-FT-IR.
Warunki testu
Pomiar przeprowadzono na Nipaginie (9,22 mg) odważonej w otwartym tyglu z tlenku glinu. Próbkę umieszczono w urządzeniu TG 209 F1 Libra® i ogrzewano do temperatury 600°C z prędkością 10 K/min w dynamicznej atmosferze azotu. Gazy wydzielające się podczas ogrzewania były bezpośrednio przenoszone do komory gazowej spektrometru FT-IR wyprodukowanego przez Bruker Optics.
Wyniki testów
Rysunek 2 przedstawia zmiany masy Nipaginu podczas ogrzewania (zielona krzywa). Utrata masy wynosząca 100% wskazuje na całkowityReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład między około 125°C a 230°C. Temperatura topnienia Nipaginy wynosi 125,2°C [2]. Oznacza to, że substancja rozkłada się natychmiast po stopieniu.
Krzywa znana jako Gram Schmidt (czarna) wskazuje stężenie wydzielonych substancji wykrytych przez FT-IR w funkcji czasu. Rysunek 3 przedstawia widma FT-IR produktów uwolnionych w 206°C i 227°C, które są identyczne.
Pasmo przy 3648 cm-1 jest typowe dla wiązań O-H. Pasma o niższej intensywności przy 2800 cm-1 i 3100 cm-1 są charakterystyczne dla drgań C-H alkanów (< 3000 cm-1) i alkenów (> 3000 cm-1). Pasmo przy 1745 cm-1 wskazuje na drgania C=O. Zakres od 1450 cm-1 do 1625 cm-1 można przypisać szkieletom aromatycznym.
Porównanie zmierzonego widma FT-IR produktów uwolnionych w temperaturze 227°C z literaturowym widmem FT-IR Nipaginu na rysunku 4 pokazuje, że oba widma są praktycznie identyczne. Oznacza to, że Nipagin nie ulega rozkładowi, lecz odparowuje podczas ogrzewania w atmosferze obojętnej.
Wnioski
Pomiary TGA-FT-IR umożliwiają badanie stabilności termicznej materiałów takich jak farmaceutyki, kosmetyki i żywność. W przypadku Nipaginu zaobserwowano, że utrata masy nie wynikała z rozkładu próbki, jak można by wywnioskować z samego pomiaru TGA, ale z parowania. Widmo TGA-FT-IR przy najwyższej szybkości rozkładu wyraźnie pokazuje odcisk palca Nipagin potwierdzony danymi literaturowymi.
Dzięki sprzężeniu TGA-FT-IR opracowano narzędzie, które z łatwością kwalifikuje ubytki masy obserwowane w TGA, a tym samym pozwala wyciągnąć wnioski co do tego, czy materiał ulega rozkładowi, degradacji czy odparowaniu pod wpływem temperatury.