Inledning
Sorbitol är en sockeralkohol som finns i frukt och som ofta används som sötningsmedel i livsmedelsprodukter. Det finns i fyra vattenfria kristallina faser plus hydratet. Denna PolymorfismPolymorfism är förmågan hos ett fast material att bilda olika kristallina strukturer (synonymer: former, modifieringar).polymorfism har ett inflytande på ämnets egenskaper: Varje form beter sig olika när det gäller Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning och vattenabsorption [1].
Testförhållanden
Ett sorbitolprov (massa: 3,81 mg) från Sigma-Aldrich bereddes i en degel från Concavus® och mättes med DSC 204 F1 Nevio . En första uppvärmning utfördes mellan -80°C och 150°C med en uppvärmningshastighet på 10 K/min. Därefter kyldes provet ned med 10 K/min och upphettades igen i samma temperaturområde. Därefter förvarades degeln i 24 timmar i rumstemperatur, innan den mättes en tredje gång mellan -80°C och 150°C under samma förhållanden. DSC-mätningarna utfördes i en dynamisk kväveatmosfär.
Dessutom utfördes PXRD-mätningar på två provtillstånd:
- Provet som det mottogs
- Prov efter upphettning till 150°C och 24 timmar i rumstemperatur
Dessa mätningar utfördes med Bruker D8 Advance-diffraktometern hos solid-chem GmbH.
Testresultat
Figur 2 visar DSC-kurvorna för sorbitol under de tre uppvärmningsomgångarna. Den endotermiska toppen med en extrapolerad starttemperatur på 91°C, som upptäcktes under den första uppvärmningen, beror på att provet smälter. Denna temperatur är typisk för den modifiering som kallas gammaform, som är den mest lämpliga för kommersiella tillämpningar eftersom den är den mest stabila.
Efter kylning med 10 K/min upptäcktes ingen smälttopp under den efterföljande andra uppvärmningen: Provet uppvisar inte längre någon kristallin fas utan befinner sig i ett amorft tillstånd med GlasomvandlingstemperaturGlasövergången är en av de viktigaste egenskaperna hos amorfa och halvkristallina material, t.ex. oorganiska glas, amorfa metaller, polymerer, läkemedel och livsmedelsingredienser etc., och beskriver det temperaturområde där materialens mekaniska egenskaper ändras från hårda och spröda till mer mjuka, deformerbara eller gummiaktiga.glasövergång vid -1°C (medeltemperatur).
En dag i rumstemperatur är tillräckligt för att KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.kristallisering ska ske. Topparna vid 57°C och 81°C (topptemperaturer) visar dock att det är en annan kristallin form än den som upptäcktes under den första uppvärmningen. Denna DSC-kurva är typisk för den modifiering som kallas kristalliserad smälta. Denna form är mer hygroskopisk än gammaformen. Den används dock kommersiellt på grund av sitt genomskinliga och glasartade utseende, t.ex. vid tillverkning av hårda karameller.
Smälttemperaturerna för de kristallina formerna som uppmätts i detta arbete jämförs med olika litteraturkällor i tabell 1.
Tabell 1: Topptemperaturer för de kristallina formerna: kristallin smälta, alfa, gamma och glasövergångstemperaturer för den amorfa formen för detta arbete och olika källor.
| Form/Temperatur [°C] | Detta arbete | Källa [1] Källa [2] Källa [3 | Källa [3] | Källa [4] | Källa [5] |
|---|---|---|---|---|---|
| Kristalliserad smälta (1:a toppen) | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| Kristalliserad smälta (2: a toppen) | 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 |
Figur 3 visar PXRD-resultaten för det mottagna provet (nederst) och för provet efter upphettning till 150°C följt av 24 timmar i rumstemperatur (överst). De två kurvorna skiljer sig avsevärt åt. De toppar som upptäcktes vid mätningen av det mottagna provet motsvarar gammaformen av sorbitol (figur 4). Enligt litteraturen ([1], figur 6 [Röntgenpulverdiffraktionsmönster för sorbitolens kristalliserade smältpolymorf]) kan kurvan efter upphettning till 150°C och en dag i rumstemperatur verkligen klassificeras som sorbitolens kristalliserade smälta.
Slutsats
En enda upphettning med DSC 204 F1 Nevio gör det möjligt att identifiera den polymorfa formen hos den levererade sorbitolen. Vid kylning av gammaformen med 10 K/min från smältan kristalliserar sorbitolen inte utan bildar en amorf fas. Denna amorfa struktur kan kristallisera vid rumstemperatur som en ny modifiering som kallas kristalliserad smälta. Dessa resultat bekräftades genom PXRD-mätningar.
Var och en av sorbitolmodifieringarna har olika fysiska egenskaper. Det är därför de måste karakteriseras före bearbetning. DSC 204 F1 Nevio ger de nödvändiga resultaten på ett enkelt, snabbt och tillförlitligt sätt.
Bekräftelse
NETZSCH vill tacka solid-chem GmbH i Bochum, Tyskland, för utförandet av PXRD-mätningarna och utvärderingen.