Co je bod tání?

Definice, princip stanovení, vlivy, tipy a rady pro měření, předpisy a další informace

Bod tání je charakteristická vlastnost pevných krystalických látek. Je to teplota, při které se pevná fáze mění na kapalnou. Stanovení teploty tání je termická analýza, která se nejčastěji používá k charakterizaci pevných krystalických materiálů. Používá se ve výzkumu a vývoji i při kontrole kvality v různých segmentech průmyslu k identifikaci pevných krystalických látek a ke kontrole jejich čistoty.

Na této stránce získáte základní znalosti o technice stanovení bodu tání. Dále jsou zde uvedeny praktické tipy a rady pro každodenní práci.

Vyberte oblast svého zájmu

Co je bod tání?
Proč měřit body tání?
Princip stanovení bodu tání
Kapilární metoda
Požadavky lékopisu na stanovení bodu tání
Správná příprava vzorku
Nastavení přístroje
Kalibrace a nastavení přístroje pro stanovení bodu tání
Vliv rychlosti zahřívání na měření bodu tání
Měření bodu tání - tipy a rady
Vliv nečistot na bod tání - deprese bodu tání
Stanovení bodu tání ve směsi

1. Co je bod tání?

Bod tání je charakteristická vlastnost pevné krystalické látky. Je to teplota, při které se pevná fáze mění na kapalnou. K tomuto jevu dochází při zahřívání látky. Během procesu tání se veškerá energie dodaná látce spotřebuje jako teplo tání a teplota zůstává konstantní (viz diagram níže). Během fázového přechodu existují obě fyzikální fáze materiálu vedle sebe.

Krystalické materiály se skládají z jemných částic, které mají pravidelné trojrozměrné uspořádání - krystalickou mřížku. Částice v mřížce drží pohromadě mřížkové síly. Když se pevný krystalický materiál zahřívá, částice se stávají energičtějšími a začínají se silněji pohybovat, až nakonec přestanou být přitažlivé síly mezi nimi dostatečně silné, aby je udržely pohromadě. Krystalická struktura se zničí a pevný materiál se roztaví.
Čím silnější jsou přitažlivé síly mezi částicemi, tím více energie je třeba k jejich překonání. Čím více energie je potřeba, tím vyšší je teplota tání. Teplota tání krystalické pevné látky je tedy ukazatelem stability její mřížky.

Při teplotě tání se nemění pouze skupenství, ale výrazně se mění i poměrně mnoho dalších fyzikálních vlastností. Mezi ně patří termodynamické hodnoty, měrná tepelná kapacita, entalpie a reologické vlastnosti, jako je objem nebo viskozita. V neposlední řadě se mění i optické vlastnosti dvojlom odraz a propustnost světla. V porovnání s ostatními fyzikálními hodnotami lze změnu propustnosti světla snadno určit, a proto ji lze využít pro zjišťování bodu tání.

Zobrazit webinář "Úvod do bodu tání" nyní

Zpět na otázky;

2. Proč měřit body tání?

Teploty tání se často používají k charakterizaci organických a anorganických krystalických sloučenin a ke zjištění jejich čistoty. Čisté látky tají při ostré, přesně definované teplotě (velmi malý teplotní rozsah 0,5 - 1 °C), zatímco nečisté, kontaminované látky obvykle vykazují velký interval tání. Teplota, při níž se taví veškerý materiál kontaminované látky, je obvykle nižší než teplota čisté látky. Toto chování se nazývá deprese teploty tání a lze jej využít k získání kvalitativních informací o čistotě látky.

Obecně se stanovení bodu tání používá v laboratoři při výzkumu a vývoji i při kontrole kvality v různých segmentech průmyslu k identifikaci a kontrole čistoty různých látek.

Zpět na otázky;

3. Princip stanovení bodu tání

V bodě tání dochází ke změně světla. přenosu. V porovnání s jinými fyzikálními hodnotami je změna světelnosti propustnosti lze snadno určit, a proto ji lze použít pro tání detekci bodu tání. Práškové krystalické materiály jsou v krystalickém stavu neprůhledné. a průhledné v kapalném stavu. Tento výrazný rozdíl v optickém lze měřit za účelem stanovení bodu tání pomocí záznamu optických vlastností. procenta intenzity světla procházejícího látkou v kapiláře, propustnost v závislosti na naměřené teplotě v peci.

Existují různá stadia procesu stanovení bodu tání pro pevné krystalické látky: V bodě kolapsu je látka převážně pevná látka a obsahuje pouze malé množství roztaveného materiálu. V menisku je většina látky roztavená, ale část pevného materiálu je stále ještě v menisku. přítomný. V bodě čirého roztoku se látka zcela roztavila.

Zpět na otázky;

4. Kapilární metoda

Měření teploty tání se obvykle provádí v tenkých skleněných kapilárách o vnitřním průměru 1 mm a tloušťce stěny 0,1-0,2 mm. Jemně rozemletý vzorek se umístí do kapiláry na úroveň náplně 2 až 3 mm a vloží se do vyhřívaného stojanu (kapalinová lázeň nebo kovový blok) v těsné blízkosti vysoce přesného teploměru. Teplota v ohřívacím stojanu se zvyšuje pevnou rychlostí, kterou může naprogramovat uživatel. Proces tání se vizuálně kontroluje, aby se určil bod tání vzorku. Moderní přístroje, jako napříkladpřístroje Melting Point Excellence od společnosti METTLER TOLEDO, umožňují automatickou detekci bodu tání a rozsahu tání a vizuální kontrolu pomocí videokamery. Kapilární metoda je v mnoha místních lékopisech vyžadována jako standardní technika pro stanovení bodu tání.

S přístroji Melting Point Excellence od METTLER TOLEDO lze měřit až 6 kapilár současně.

Další informace o výhodách digitálních přístrojů pro stanovení bodu tání

Zpět na otázky;

5. Požadavky lékopisu na stanovení bodu tání

Požadavky lékopisu na stanovení bodu tání zahrnují minimální požadavky na konstrukci přístroje pro stanovení bodu tání i na provádění měření.

Přehled požadavků lékopisu:

Použijte kapiláry o vnějším průměru 1,3-1,8 mm a tloušťce stěny 0,1-0,2 mm.
Použijte konstantní rychlost zahřívání 1 °C/min.
Pokud není uvedeno jinak, ve většině lékopisů se teplota na konci tání zaznamenává v bodě C (konec tání = čirý bod), kdy nezůstává žádná pevná látka.
Zaznamenaná teplota představuje teplotu ohřívacího stojanu, kterým může být olejová lázeň nebo kovový blok, v němž je umístěn termočlánek.

Přístroje METTLER TOLEDO pro měření teploty tání plně vyhovují požadavkům lékopisu.

Podrobné informace o mezinárodních normách a standardech naleznete na adrese

www.mt.com/MPDP-norms

Zpět na otázky;

6. Dobrá příprava vzorku

Dobrá příprava vzorku je zásadní pro dosažení vysoce přesných měření teploty tání.

Při přípravě vzorku se suchá prášková látka rozemele v hmoždíři a naplní do kapilár, které se poté vloží do pece. Krabička s příslušenstvím pro stanovení bodu tání obsahuje sadu 150 kapilár pro stanovení bodu tání, achátový tlouk a hmoždíř, pinzetu, špachtli (b) a 5 nástrojů pro plnění kapilár (a). Dále krabička s příslušenstvím obsahuje tři standardy bodu tání - buď referenční látky METTLER TOLEDO pro bod tání (benzofenon, kyselina benzoová, sacharin), nebo referenční standardy bodu tání USP (kofein, vanilin, acetanilid).

Postup přípravy vzorků pomocí nástrojů METTLER TOLEDO pro stanovení bodu tání:

Krok 1: Nejprve je třeba vzorek vysušit v exsikátoru. Poté se malá část vzorku jemně rozemele v hmoždíři.

Krok 2: Pro měření přístrojem METTLER TOLEDO se připraví několik kapilár současně. Nástroj pro plnění kapilár dokonale napomáhá plnění, protože prázdné kapiláry jsou bezpečně drženy v úchytu podobném kolíku. Odběr malé části vzorku z malty se snadno provádí s pomocí nástroje.

Krok 3: Malé množství vzorku v horní části kapiláry se poté přesune dolů po kapiláře tak, že se uvolní úchyt a kapiláry se několikrát jemně odrazí o stůl. Tímto úkonem se vzorek pevně zabalí do spodní části kapiláry. Efekt "poskakování" způsobí těsné zabalení látky a zabrání vzniku vzduchových kapes.

Krok 4: Správnou výšku plnění lze zkontrolovat pomocí vyrytého pravítka na plnicím nástroji kapiláry. Obecně by výška naplnění neměla přesáhnout 3 mm.

Krok 1 přípravy vzorku pro analýzu bodu tání

Krok 2a přípravy vzorku pro analýzu bodu tání

Krok 2b přípravy vzorku pro analýzu bodu tání

Krok 3 přípravy vzorku pro analýzu bodu tání

Krok 4 přípravy vzorku pro analýzu bodu tání

Zpět na otázky;

7. Nastavení přístroje

Vedle správné přípravy vzorku je pro přesné stanovení bodu tání zásadní také nastavení přístroje. Správná volba počáteční teploty, koncové teploty zastavení a rychlosti náběhu ohřevu je nezbytná, aby se zabránilo nepřesnostem způsobeným nesprávným nebo příliš rychlým nárůstem tepla ve vzorku:

a) Počáteční teplota

Stanovení bodu tání začíná při předem definované teplotě blízké očekávanému bodu tání. Až do počáteční teploty se topný stojan rychle předehřívá. Při počáteční teplotě se kapiláry zavedou do pece a teplota začne stoupat definovanou rychlostí ohřevu.
Běžný vzorec pro výpočet počáteční teploty:
Počáteční teplota = očekávaná MP - (5 min * rychlost ohřevu)

b) Rychlost náběhu ohřevu

Rychlost topné rampy je pevná rychlost nárůstu teploty mezi počáteční a koncovou teplotou pro topnou rampu.
Výsledky silně závisí na rychlosti ohřevu - čím vyšší je rychlost ohřevu, tím vyšší je pozorovaná teplota bodu tání.
Ve farmakopejích se používá konstantní rychlost ohřevu 1 °C/min. Pro nejvyšší přesnost a nerozkládající se vzorky použijte 0,2 °C/min. U látek, které se rozkládají, by měla být použita rychlost zahřívání 5 °C/min. Pro průzkumná měření lze použít rychlost zahřívání 10 °C/min.

c) Teplota zastavení

Maximální teplota, které má být při stanovení dosaženo.
Běžný vzorec pro výpočet teploty zastavení:
(3 min * rychlost ohřevu).

d) Termodynamický / lékopisný režim

Pro vyhodnocení teploty tání existují dva režimy: Farmakopejský bod tání a termodynamický bod tání. Farmakopeický režim zanedbává skutečnost, že teplota pece je během procesu zahřívání jiná (vyšší) než teplota vzorku, což znamená, že se měří teplota pece, nikoli teplota vzorku. V důsledku toho farmakopejský bod tání silně závisí na rychlosti ohřevu. Proto jsou měření srovnatelná pouze tehdy, pokud je použita stejná rychlost ohřevu.
Termodynamický bod tání se naproti tomu získá odečtením matematického součinu termodynamického faktoru "f" a druhé odmocniny rychlosti ohřevu od lékopisného bodu tání. Termodynamický faktor je empiricky stanovený faktor specifický pro daný přístroj. Termodynamický bod tání je fyzikálně správný bod tání. Tato hodnota nezávisí na rychlosti ohřevu ani na jiných parametrech. Je to velmi užitečná hodnota, protože umožňuje porovnávat body tání různých látek nezávisle na experimentálním uspořádání.

Bod tání a bod poklesu - automatizovaná analýza

Tento průvodce teplotou tání a teplotou poklesu vysvětluje princip měření automatické analýzy teploty tání a teploty poklesu a poskytuje tipy a rady pro lepší měření a ověření výkonu.

Navštivte tuto stránku a stáhněte si průvodce automatizovanou analýzou bodu tání a kapání.

Automatizovaná analýza teploty tání a teploty poklesu

Zpět na otázky;

8. Kalibrace a seřízení přístroje pro měření bodu tání

Před uvedením jednotky do provozu se doporučuje ověřit její přesnost měření. Za účelem kontroly přesnosti měření teploty se přístroj kalibruje pomocí standardů bodu tání s přesnými certifikovanými body tání. Jmenovité hodnoty včetně tolerancí tak lze porovnat se skutečně naměřenými hodnotami.

Pokud kalibrace selže, což znamená, že naměřené hodnoty teploty neodpovídají rozsahu certifikovaných jmenovitých hodnot příslušných referenčních látek, je třeba přístroj seřídit.

Pro zajištění přesnosti měření se doporučuje, aby byla pec pravidelně, například jednou měsíčně, kalibrována certifikovanými referenčními látkami.

Přístroje Melting Point Excellence opouštějí továrnu po seřízení pomocí referenčních látek METTLER TOLEDO. Provádí se tříbodová kalibrace s benzofenonem, kyselinou benzoovou a kofeinem a následné seřízení. Nastavení se pak ověří kalibrací s vanilinem a dusičnanem draselným.

Zpět na otázky;

9. Vliv rychlosti ohřevu na měření bodu tání

Výsledky jsou silně závislé na rychlosti ohřevu - čím vyšší je rychlost ohřevu, tím vyšší je pozorovaná teplota bodu tání. Důvodem je skutečnost, že teplota bodu tání se z technických důvodů neměří přímo v látce, ale mimo kapiláru na topném bloku. Proto se teplota vzorku opožďuje za teplotou v peci. Čím vyšší je rychlost ohřevu, tím rychleji roste teplota v peci, čímž se zvyšuje rozdíl mezi naměřenou teplotou tání a skutečnou teplotou tání.

Vzhledem k závislosti rychlosti nárůstu tepla jsou měření bodů tání vzájemně srovnatelná pouze tehdy, pokud jsou provedena za použití stejných rychlostí.

Teplotní chování vzorku a pece

Stanovení teploty tání začíná při předem definované teplotě blízké očekávané teplotě tání. Červená plná čára představuje teplotu vzorku (viz obrázek níže). Na začátku procesu tání jsou teploty vzorku i pece shodné; teploty pece a vzorku jsou předem tepelně vyrovnány. Teplota vzorku se zvyšuje úměrně teplotě pece. Musíme mít na paměti, že teplota vzorku roste s krátkým zpožděním, které je způsobeno dobou potřebnou k přenosu tepla z pece na vzorek. Při zahřívání je teplota pece vždy vyšší než teplota vzorku. V určitém okamžiku teplo pece roztaví vzorek uvnitř kapiláry. Teplota vzorku zůstává konstantní, dokud se celý vzorek neroztaví. Rozlišujeme různé hodnoty teploty v peci T_A a T_C, které jsou definovány příslušnými fázemi procesu tání: bod kolapsu a čirý bod. Teplota vzorku uvnitř kapiláry výrazně stoupá, jakmile je vzorek zcela roztaven. Zvyšuje se souběžně s teplotou pece a vykazuje podobné zpoždění jako na začátku.

Farmakopeální MP vs. termodynamický MP

Existují dva způsoby hodnocení teploty tání: Farmakopeický bod tání a termodynamický bod tání. Farmakopeický režim zanedbává skutečnost, že teplota pece je během procesu zahřívání jiná (vyšší) než teplota vzorku, což znamená, že se měří teplota pece, nikoli teplota vzorku. V důsledku toho farmakopejský bod tání silně závisí na rychlosti ohřevu. Proto jsou měření srovnatelná pouze tehdy, pokud je použita stejná rychlost ohřevu.

Termodynamický bod tání se naproti tomu získá odečtením matematického součinu termodynamického faktoru "f" a druhé odmocniny rychlosti ohřevu od lékopisného bodu tání. Termodynamický faktor je empiricky stanovený faktor specifický pro daný přístroj. Termodynamický bod tání je fyzikálně správný bod tání (viz obrázek níže). Tato hodnota nezávisí na rychlosti ohřevu ani na jiných parametrech. Jedná se o velmi užitečnou hodnotu, protože umožňuje porovnávat body tání různých látek nezávisle na experimentálním uspořádání.

Teplota tání podle lékopisu vs. termodynamická teplota tání

Zpět na otázky;

10. Měření bodu tání - tipy a rady

Barevné nebo rozkládající se vzorky (azobenzen, dichroman draselný, jodid kademnatý) nebo vzorky, které vykazují tendenci obsahovat v tavenině vzduchové bubliny (močovina), mohou vyžadovat buď snížení prahové hodnoty B, nebo použití hodnoty C jako hodnotícího kritéria, protože nárůst přenosu nebude během tání tak vysoký.
Vzorky, které se rozkládají (cukr) nebo sublimují (kofein): Kapiláru uzavřete plamenem. Těkavé složky vytvářejí uvnitř uzavřené kapiláry přetlak, který brání dalšímu rozkladu nebo sublimaci.
Hydroskopické vzorky: Kapiláru uzavřete plamenem.
Rychlost zahřívání: Obvykle 1 °C/min. Pro nejvyšší přesnost a nerozkládající se vzorky použijte 0,2 °C/min. U látek, které se rozkládají, 5 °C/min; pro průzkumná měření 10 °C/min.
Počáteční teplota: 3 - 5 min před očekávaným bodem tání, resp. 5 - 10 °C pod ním (3 - 5násobek rychlosti zahřívání).
Koncová teplota: Pro úspěšnou křivku měření je nutná koncová teplota, která je přibližně 5 °C nad očekávanou událostí.
Pokud to SOP a přístroj umožňují, použijte termodynamickou teplotu tání . Termodynamická teplota tání je fyzikálně správná teplota tání a nezávisí na parametrech přístroje.
Nesprávná příprava vzorku: Zkoumaný vzorek musí být zcela suchý, homogenní a v práškové formě. Vlhké vzorky se musí nejprve vysušit. Hrubozrnný krystalický vzorek a nehomogenní vzorky se jemně rozemelou v hmoždíři. Pro zajištění srovnatelných výsledků je důležité naplnit všechny kapiláry do stejné výšky a látku v kapilárách dobře zhutnit.
Doporučuje se používat kapiláry s bodem tání, které jsou velmi přesně vyrobeny a zajišťují vysoce přesné a opakovatelné výsledky, např. kapiláry od společnosti METTLER TOLEDO. Pokud se používají jiné kapiláry, měly by se přístroje kalibrovat a v případě potřeby seřídit pomocí těchto kapilár.

Zpět na otázky;

Chcete, aby vám byly zodpovězeny vaše individuální otázky?

11. Vliv nečistot na bod tání - deprese bodu tání

Deprese bodu tání je jev, při kterém se snižuje bod tání znečištěného, nečistého materiálu ve srovnání s čistým materiálem. Důvodem je, že kontaminace oslabuje mřížkové síly v pevném krystalickém vzorku. Z toho vyplývá, že k porušení přitažlivých sil a k destrukci krystalické struktury je zapotřebí méně energie.

Teplota tání je proto užitečným ukazatelem čistoty, protože s přibývajícími nečistotami dochází k obecnému snižování a rozšiřování rozsahu tání.

Zpět na otázky;

12. Stanovení bodu tání směsi

Pokud dvě látky tají při stejné teplotě, lze pomocí smíšeného stanovení teploty tání zjistit, zda se jedná o jednu a tutéž látku. Teplota tání směsi dvou složek je obvykle nižší než teplota tání jedné z čistých složek. Toto chování je známé jako deprese teploty tání.

Při stanovení teploty tání směsí se vzorek smíchá s referenční látkou v poměru 1:1. V případě, že se vzorek smíchá s referenční látkou v poměru 1:1, je třeba provést analýzu. Kdykoli je teplota tání vzorku snížena smícháním s referenční látkou, nemohou být obě látky identické. Pokud teplota tání směsi neklesne, je vzorek totožný s přidanou referenční látkou.

Běžně se stanovují tři body tání: vzorku, referenční látky a směsného poměru 1:1 vzorku a referenční látky. Technika smíšeného bodu tání je důležitým důvodem, proč všechny kvalitní přístroje pro stanovení bodu tání mají ve svých topných blocích alespoň tři kapiláry.