热动力学软件应用实例 - 葡萄糖的分解

在药物领域，常常使用葡萄糖作为药片的填充剂、粘合剂与甜味剂。在本应用实例中，使用热重分析法对其热分解过程进行了分析。 实验部分 仪器：NETZSCH TG 209 C Iris® 样品质量：2.7 ... 2.9mg 加热速率：1，2，5，10K/min 气氛：Ar，20ml/min

葡萄糖的热分解

分解过程的第一阶段主要产生水。这一阶段的失重量与加热速率无关。第二阶段的失重量则与加热速率有着很大的关系，这证明了该分解段至少包含了两个同时进行的竞争反应。至此能够给出关于整个过程的动力学模型的建议。（见模型拟合的结果）

必须再次强调的是我们无法单独从热重数据中得出关于所进行的化学反应的充分信息。但是还有一种更有力的手段，我们可以将热重与质谱联用，得到关于反应的更多信息。

分析部分

根据 Ozawa-Flynn-Wall 模型的 Model-free 分析

从活化能的曲线图上可以看出，第一阶段反应的活化能约为 110 kJ/mol，第二阶段占支配地位的反应路径活化能约为 180 kJ/mol。

模型拟合的结果

对葡萄糖分解的模型拟合分析

使用包含竞争反应路径在内的三阶段反应模型，可以对全部 TGA 测量数据作出非常好的拟合效果。

通过非线性回归得出的动力学参数

由于竞争反应的存在,导致了不同反应温度下产物 C 与 D 的比例会发生变化。

在 210℃ 下进行反应，大部分 B 转化为产物 D。相反，在 280℃ 下，大部分 B 都转化为产物 C。这一现象是由于竞争反应 step 2 与 step 3 的活化能相差较大而引起的。