Introdução
O ácido cítrico é um ácido tricarboxílico amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética, bem como em aplicações químicas, tais como agentes quelantes e síntese de polímeros de base biológica. Como é frequentemente exposto a temperaturas elevadas durante o processamento e o armazenamento, a compreensão precisa de sua Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica, comportamento de desidratação e via de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição é essencial para evitar a perda indesejada de substâncias ativas ou a liberação de produtos de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição gasosos. A análise térmica simultânea, combinada com a análise de gases evoluídos, oferece uma ferramenta poderosa para caracterizar não apenas a perda de massa e os efeitos térmicos associados, mas também a identidade química dos compostos voláteis liberados, permitindo uma interpretação confiável e inequívoca dos processos térmicos subjacentes.
Condições de medição
Tabela 1: Condições de medição
| Instrumento | STA Jupiter® FT-IR INVENIO |
|---|---|
| Amostra | Ácido cítrico |
| Massa da amostra | 14 mg |
| Faixa de temperatura | 30 - 400 °C |
| Taxa de aquecimento | 20 K/min |
| Atmosfera | N₂, 70 ml/min |
| Cadinho | Pt, 85 μl com tampa perfurada |
Resultados e Discussão
A curva TGA-DSC da Figura 1 mostra um comportamento térmico em várias etapas do ácido cítrico.
Ocorre uma perda de massa por small a de 4,2 % até aproximadamente 100 °C, acompanhada por um amplo sinal EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico no DSC com temperatura de pico de 59 °C e um pico no DTG a 66 °C. Essa etapa é atribuída à liberação de água cristalina.
A 150 °C, a curva de DSC apresenta um pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico acentuado, resultante da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão do ácido cítrico. Acima dessa temperatura, o material entra na região de degradação térmica. A principal etapa de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição ocorre entre aproximadamente 190 °C e 240 °C e resulta em uma perda de massa significativa de 90,8 %. A curva de DTG mostra a taxa máxima de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição a 221 °C, enquanto a curva de DSC exibe um forte pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico a 223 °C. Essa estreita concordância entre DTG e DSC confirma que o maior processo de perda de massa está diretamente ligado a uma Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reação de decomposição endotérmica.
Os dados de TGA-DSC fornecem informações claras sobre a faixa de temperatura, a perda de massa e o caráter térmico dos eventos. No entanto, esses dados por si só não são suficientes para e Identify ar a natureza química dos gases liberados. Por esse motivo, é essencial combinar a análise térmica com a espectroscopia FT-IR da fase gasosa evoluída. O espectro de FT-IR registrado a 60 °C, correspondente ao primeiro estágio de perda de massa, mostra a estrutura fina rotacional-vibratória característica da água gasosa nas regiões em torno de 3500–4000 cm⁻¹ e 1300–2000 cm⁻¹, confirmando que a perda de massa inicial em baixa temperatura se deve à água ligada fisicamente ou de forma frouxa, e não a qualquer Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reação de decomposição; veja a Figura 2. Em contrapartida, o espectro FT-IR registrado a 220 °C, que corresponde à etapa principal de perda de massa, revela duas características de absorção dominantes: uma banda dupla próxima a 2300–2360 cm⁻¹, característica do dióxido de carbono, e uma banda forte e nítida na faixa de 1750–1800 cm⁻¹, atribuída às vibrações de alongamento do carbonilo. Esses sinais demonstram que a principal etapa de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição é impulsionada pela descarboxilação da molécula de ácido cítrico, com formação simultânea de fragmentos contendo carbonilo.
Resumo
A caracterização térmica do ácido cítrico por meio da análise simultânea de TGA-DSC combinada com análise de fase gasosa por FT-IR revela um perfil térmico em três etapas, consistindo em uma perda inicial de umidade residual, Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão e uma decomposição significativa impulsionada pela descarboxilação acima de aproximadamente 200 °C. O acoplamento da análise térmica aos dados de gases liberados por FT-IR revelou-se essencial para atribuir corretamente cada evento térmico a um processo físico ou químico específico, fornecendo uma base sólida para definir limites seguros de temperatura de processamento e armazenamento do ácido cítrico em aplicações industriais.