TGA-DSC-FT-IR Yöntemiyle Ortaya Çıkan Sitrik Asit Ayrışımı

Giriş

Sitrik asit, gıda, ilaç ve kozmetik endüstrilerinin yanı sıra kenetleme maddeleri ve biyo-bazlı polimer sentezi gibi kimyasal uygulamalarda da yaygın olarak kullanılan bir trikarboksilik asittir. İşleme ve depolama sırasında sıklıkla yüksek sıcaklıklara maruz kaldığından, aktif maddelerin istenmeyen kaybını veya gaz halindeki Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma ürünlerinin salınmasını önlemek için termal kararlılığı, dehidrasyon davranışı ve Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma yolunun kesin olarak anlaşılması esastır. Eşzamanlı termal analiz ile birleştirilen gaz ayrıştırma analizi, sadece kütle kaybını ve buna bağlı ısı etkilerini değil, aynı zamanda salınan uçucu maddelerin kimyasal yapısını da belirlemek için güçlü bir araç sunar; böylece altta yatan termal süreçlerin güvenilir ve kesin bir şekilde yorumlanmasına olanak tanır.

Ölçüm Koşulları

Tablo 1: Ölçüm koşulları

Sonuçlar ve Tartışma

Şekil 1’deki TGA-DSC eğrisi, sitrik asidin çok aşamalı termal davranışını göstermektedir.

Yaklaşık 100 °C’ye kadar %4,2’lik bir kütle kaybı ( small ) meydana gelir; buna, tepe sıcaklığı 59 °C olan geniş bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik DSC sinyali ve 66 °C’de bir DTG zirvesi eşlik eder. Bu aşama, kristal suyun salınmasına atfedilir.

150°C'de DSC eğrisi, sitrik asidin erimesinden kaynaklanan keskin bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik tepe noktası gösterir. Bu sıcaklığın üzerinde malzeme, termal bozunma bölgesine girer. Ana Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma aşaması yaklaşık 190°C ile 240°C arasında gerçekleşir ve %90,8'lik büyük bir kütle kaybına yol açar. DTG eğrisi, maksimum Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma hızını 221°C'de gösterirken, DSC eğrisi 223°C'de güçlü bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik tepe noktası sergiler. DTG ve DSC arasındaki bu yakın uyum, en büyük kütle kaybı sürecinin EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonuyla doğrudan bağlantılı olduğunu doğrulamaktadır.

TGA-DSC verileri, olayların sıcaklık aralığı, kütle kaybı ve termal özellikleri hakkında net bilgiler sağlar. Ancak bu veriler tek başına, açığa çıkan gazların kimyasal yapısını Identify edemez. Bu nedenle, termal analizin, açığa çıkan gaz fazının FT-IR spektroskopisi ile birleştirilmesi esastır. İlk kütle kaybı aşamasına karşılık gelen 60 °C'de kaydedilen FT-IR spektrumu, 3500-4000 cm⁻¹ ve 1300-2000 cm⁻¹ civarındaki bölgelerde gaz halindeki suyun karakteristik dönme-TitreşimMekanik bir salınım sürecine titreşim denir. Titreşim, bir denge noktası etrafında salınımların meydana geldiği mekanik bir olgudur. Birçok durumda titreşim istenmeyen bir durumdur, enerjiyi boşa harcar ve istenmeyen sesler yaratır. Örneğin, motorların, elektrik motorlarının veya çalışan herhangi bir mekanik cihazın titreşim hareketleri tipik olarak istenmeyen hareketlerdir. Bu tür titreşimlere dönen parçalardaki dengesizlikler, eşit olmayan sürtünme veya dişli dişlerinin birbirine geçmesi neden olabilir. Dikkatli tasarımlar genellikle istenmeyen titreşimleri en aza indirir.titreşim ince yapısını gösterir; bu da başlangıçtaki düşük sıcaklıktaki kütle kaybının herhangi bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonundan ziyade fiziksel olarak veya gevşek bir şekilde bağlanmış suya bağlı olduğunu doğrulamaktadır (bkz. Şekil 2). Buna karşılık, ana kütle kaybı aşamasına karşılık gelen 220 °C'de kaydedilen FT-IR spektrumu, karbondioksite özgü 2300-2360 cm⁻¹ civarında bir çift bant ve ve karbonil gerilme titreşimlerine atfedilen 1750-1800 cm⁻¹ civarında güçlü, keskin bir bant. Bu sinyaller, ana Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma aşamasının sitrik asit molekülünün dekarboksilasyonu tarafından tetiklendiğini ve bununla eşzamanlı olarak karbonil içeren fragmanların oluştuğunu göstermektedir.

Özet

FT-IR gaz fazı analizi ile birleştirilmiş eşzamanlı TGA-DSC yöntemi kullanılarak sitrik asidin termal karakterizasyonu, başlangıçta kalan nem kaybı, Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve yaklaşık 200 °C’nin üzerinde karboksil grubunun ayrışmasıyla gerçekleşen önemli bir ayrışmadan oluşan üç aşamalı bir termal profil ortaya koymaktadır. Termal analiz ile FT-IR yoluyla elde edilen gaz verilerinin birleştirilmesi, her bir termal olayı belirli bir fiziksel veya kimyasal sürece doğru bir şekilde atamak için hayati önem taşımıştır; bu da endüstriyel uygulamalarda sitrik asit için güvenli işleme ve depolama sıcaklık sınırlarının tanımlanmasına sağlam bir temel sağlamıştır.