Alt hvad du behøver at vide om smeltepunktsbestemmelse

Definition, bestemmelse princip, påvirkninger, måling tips og tricks, regler og meget mere

Smeltepunktet er en karakteristisk egenskab ved faste krystallinske stoffer. Det er den temperatur, hvor den faste fase skifter til væskefasen. Smeltepunktsbestemmelse er den termiske analyse, der hyppigst bruges til at karakterisere faste krystallinske materialer. Den bruges i forskning og udvikling samt i kvalitetskontrol i forskellige industrisegmenter til at identificere faste krystallinske stoffer og til at kontrollere deres renhed.

På denne side får du vigtig viden om smeltepunktsteknikken. Desuden får du praktiske tips og hints til det daglige arbejde.

Vælg dit interesseområde

Hvad er smeltepunkt?
Hvorfor måle smeltepunkter?
Princip for bestemmelse af smeltepunkt
Kapillærmetoden
Farmakopéens krav til smeltepunktsbestemmelse
God prøveforberedelse
Opsætning af instrument
Kalibrering og justering af et smeltepunktsinstrument
Opvarmningshastighedens indflydelse på smeltepunktsmålingen
Smeltepunktsmåling - tips og tricks
Effekten af urenheder på smeltepunktet - Smeltepunktsdepression
Bestemmelse af blandet smeltepunkt

1. Hvad er smeltepunkt?

Smeltepunktet er en karakteristisk egenskab ved et fast krystallinsk stof. Det er den temperatur, hvor den faste fase skifter til væskefasen. Dette fænomen opstår, når stoffet opvarmes. Under smelteprocessen forbruges al den energi, der tilføres stoffet, som smeltevarme, og temperaturen forbliver konstant (se diagrammet nedenfor). Under faseovergangen eksisterer de to fysiske faser af materialet side om side.

Krystallinske materialer består af fine partikler, der har et regelmæssigt, 3-dimensionelt arrangement - et krystallinsk gitter. Partiklerne i gitteret holdes sammen af gitterkræfter. Når det faste krystallinske materiale opvarmes, bliver partiklerne mere energiske og begynder at bevæge sig kraftigere, indtil tiltrækningskræfterne mellem dem til sidst ikke længere er stærke nok til at holde dem sammen. Den krystallinske struktur ødelægges, og det faste materiale smelter.
Jo stærkere tiltrækningskræfterne mellem partiklerne er, jo mere energi er der brug for til at overvinde dem. Jo mere energi der skal til, jo højere er smeltepunktet. Smeltetemperaturen for et krystallinsk fast stof er således en indikator for stabiliteten af dets gitter.

Ved smeltepunktet er det ikke kun den samlede tilstand, der ændrer sig; en hel del andre fysiske egenskaber ændrer sig også markant. Blandt disse er de termodynamiske værdier, specifik varmekapacitet, entalpi og rheologiske egenskaber som volumen eller viskositet. Sidst, men ikke mindst, ændres de optiske egenskaber dobbeltbrydning, refleksion og lystransmission. Sammenlignet med andre fysiske værdier kan ændringen i lystransmission let bestemmes og kan derfor bruges til smeltepunktsdetektion.

Se webinaret "Introduktion til smeltepunkt" nu

Tilbage til spørgsmålene;

2. Hvorfor måle smeltepunkter?

Smeltepunkter bruges ofte til at karakterisere organiske og uorganiske krystallinske forbindelser og til at fastslå deres renhed. Rene stoffer smelter ved en skarp, veldefineret temperatur (meget lille temperaturområde på 0,5 - 1 °C), mens urene, forurenede stoffer generelt udviser et stort smelteinterval. Den temperatur, ved hvilken alt materiale i et forurenet stof er smeltet, er normalt lavere end for et rent stof. Denne adfærd er kendt som smeltepunktsdepression og kan bruges til at få kvalitative oplysninger om et stofs renhed.

Generelt bruges smeltepunktsbestemmelse i laboratoriet til forskning og udvikling samt til kvalitetskontrol i forskellige industrisegmenter til at identificere og kontrollere renheden af forskellige stoffer.

Tilbage til spørgsmålene;

3. Princip for bestemmelse af smeltepunkt

Ved smeltepunktet sker der en ændring i lysets transmission. Sammenlignet med andre fysiske værdier kan ændringen i lystransmission transmission let bestemmes og kan derfor bruges til smeltepunktsdetektion. smeltepunktsdetektion. Krystallinske materialer i pulverform er uigennemsigtige i krystallinsk tilstand tilstand og gennemsigtige i flydende tilstand. Denne markante forskel i optiske egenskaber kan måles med henblik på at bestemme smeltepunktet ved at registrere den procentdel af lysintensiteten, der skinner gennem stoffet i kapillæren, transmittansen, i forhold til den målte ovntemperatur.

Der er forskellige stadier i smeltepunktsprocessen for et fast krystallinsk stof: Ved kollaps-punktet er stoffet for det meste fast og består kun af en lille mængde smeltet materiale. Ved meniskpunktet er det meste af stoffet smeltet, men der er stadig noget fast materiale tilbage. til stede. Ved det klare punkt er stoffet helt smeltet.

Tilbage til spørgsmålene;

4. Den kapillære metode

Smeltepunktsmålingen udføres normalt i tynde kapillarrør af glas med en indvendig diameter på 1 mm og en vægtykkelse på 0,1 - 0,2 mm. En finmalet prøve placeres i kapillarrøret til et fyldningsniveau på 2-3 mm og indføres i et opvarmet stativ (væskebad eller metalblok) i nærheden af et termometer med høj nøjagtighed. Temperaturen i varmestativet øges med en brugerprogrammerbar fast hastighed. Smelteprocessen inspiceres visuelt for at bestemme prøvens smeltepunkt. Moderne instrumenter som MeltingPoint Excellence-instrumenterne fra METTLER TOLEDO muliggør automatisk detektering af smeltepunkt og smelteområde og visuel inspektion med et videokamera. Kapillærmetoden kræves i mange lokale farmakopéer som standardteknik til smeltepunktsbestemmelse.

Med Melting Point Excellence-instrumenterne fra METTLER TOLEDO kan man måle op til 6 kapillærer på samme tid.

Få mere at vide om fordelene ved digitale smeltepunktsinstrumenter

Tilbage til spørgsmålene;

5. Farmakopéens krav til smeltepunktsbestemmelse

Farmakopéens krav til smeltepunktsbestemmelse omfatter både minimumskrav til udformningen af smeltepunktsapparatet og til udførelsen af målingen.

Farmakopéens krav i et overblik:

Brug kapillærer med en ydre diameter på 1,3-1,8 mm og en vægtykkelse på 0,1-0,2 mm.
Anvend en konstant opvarmningshastighed på 1 °C/min.
Hvis ikke andet er angivet, registreres temperaturen ved slutningen af smeltningen i de fleste farmakopéer ved punkt C (End of Melting = Clear Point), når der ikke er noget fast stof tilbage.
Den registrerede temperatur repræsenterer temperaturen på varmestativet, som kan være et oliebad eller en metalblok, hvor termoelementet er placeret.

METTLER TOLEDOs smeltepunktsinstrumenter overholder fuldt ud Pharmacopeias krav.

For detaljerede oplysninger om internationale normer og standarder, besøg

www.mt.com/MPDP-norms

Tilbage til spørgsmålene;

6. God prøveforberedelse

God prøveforberedelse er afgørende for at opnå meget nøjagtige smeltepunktsmålinger.

Til prøveforberedelse males et tørt pulverformigt stof i en morter og fyldes i kapillærerne, som derefter sættes ind i ovnen. Kassen med smeltepunktstilbehør indeholder sæt med 150 smeltepunktskapillærer, en agatstøder og morter, en pincet, en spatel (b) og 5 kapillærfyldningsværktøjer (a). Desuden indeholder tilbehørskassen tre smeltepunktsstandarder - enten METTLER TOLEDO smeltepunktsreferencestoffer (Benzophenon, Benzoesyre, Saccharin) eller USP smeltepunktsreferencestandarder (Koffein, Vanillin, Acetanilid).

Prøveforberedelsesproces med METTLER TOLEDOs smeltepunktsværktøjer:

Trin 1: Først skal prøven tørres i en ekssikkator. Derefter males en lille del af prøven fint i en morter.

Trin 2: Flere kapillærer forberedes samtidigt til måling med et METTLER TOLEDO-instrument. Kapillærfyldningsværktøjet hjælper perfekt med påfyldningen, da de tomme kapillærer holdes sikkert i et pindlignende greb. Det er nemt at opsamle en lille prøveportion fra en morter ved hjælp af værktøjet.

Trin 3: Den lille mængde prøve i toppen af kapillærerne flyttes derefter ned i kapillærerne ved at slippe grebet og forsigtigt støde kapillærerne mod bordet flere gange. Denne handling pakker prøven tæt ned i bunden af kapillæren. Den "hoppende effekt" medfører en tæt pakning af stoffet og forhindrer, at der opstår luftlommer.

Trin 4: Den korrekte fyldningshøjde kan kontrolleres med den indgraverede lineal på kapillærfyldningsværktøjet. Generelt bør den fyldte højde ikke overstige 3 mm.

Trin 1 i prøveforberedelsen til en smeltepunktsanalyse

Trin 2a i prøveforberedelsen til en smeltepunktsanalyse

Trin 2b i prøveforberedelsen til en smeltepunktsanalyse

Trin 3 i prøveforberedelsen til en smeltepunktsanalyse

Trin 4 i prøveforberedelsen til en smeltepunktsanalyse

Tilbage til spørgsmålene;

7. Opsætning af instrument

Ud over korrekt prøveforberedelse er indstillingerne på instrumentet også afgørende for den nøjagtige bestemmelse af smeltepunktet. Korrekt valg af starttemperatur, endestoptemperatur og opvarmningsrampehastighed er nødvendigt for at forhindre unøjagtigheder på grund af en varmeforøgelse i prøven, der er forkert eller for hurtig:

a) Starttemperatur

Smeltepunktsbestemmelse starter ved en foruddefineret temperatur tæt på det forventede smeltepunkt. Op til starttemperaturen forvarmes varmestativet hurtigt. Ved starttemperaturen føres kapillærerne ind i ovnen, og temperaturen begynder at stige med den definerede opvarmningsrampehastighed.
Almindelig formel til beregning af starttemperaturen:
Starttemperatur = forventet MP - (5 min * opvarmningshastighed)

b) Opvarmningsrampehastighed

Opvarmningsrampehastigheden er den faste temperaturstigningshastighed mellem start- og stoptemperaturen for opvarmningsrampen.
Resultaterne afhænger meget af opvarmningshastigheden - jo højere opvarmningshastighed, jo højere smeltepunktstemperatur.
Farmakopéer anvender en konstant opvarmningshastighed på 1 °C/min. For højeste nøjagtighed og ikke-nedbrydelige prøver anvendes 0,2 °C/min. Med stoffer, der nedbrydes, bør der anvendes en opvarmningshastighed på 5 °C/min. Til sonderende målinger kan der anvendes en opvarmningshastighed på 10 °C/min.

c) Stoptemperatur

Den maksimale temperatur, der skal nås i bestemmelsen.
Almindelig formel til beregning af stoptemperaturen:
Stoptemperatur = forventet MP + (3 min * opvarmningshastighed)

d) Termodynamisk / Pharmacopeia-tilstand

Der er to tilstande til smeltepunktsevaluering: Farmakopé smeltepunkt og termodynamisk smeltepunkt. Pharmacopeia-mode tager ikke højde for, at ovnens temperatur er anderledes (højere) under opvarmningsprocessen end prøvens temperatur, hvilket betyder, at ovnens temperatur måles i stedet for prøvens temperatur. Som en konsekvens heraf afhænger farmakopei-smeltepunktet stærkt af opvarmningshastigheden. Derfor er målingerne kun sammenlignelige, hvis der anvendes den samme opvarmningshastighed.
Det termodynamiske smeltepunkt fås derimod ved at trække det matematiske produkt af en termodynamisk faktor 'f' og kvadratroden af opvarmningshastigheden fra farmakopéens smeltepunkt. Den termodynamiske faktor er en empirisk bestemt instrumentspecifik faktor. Det termodynamiske smeltepunkt er det fysisk korrekte smeltepunkt. Denne værdi afhænger ikke af opvarmningshastigheden eller andre parametre. Dette er en meget nyttig værdi, da den gør det muligt at sammenligne smeltepunkter for forskellige stoffer uafhængigt af forsøgsopstillingen.

Smeltepunkt og dråbepunkt - automatiseret analyse

Denne smeltepunkts- og dråbepunktsguide forklarer måleprincippet for automatiseret smelte- og dråbepunktsanalyse og giver tips og tricks til bedre målinger og verificering af ydeevne.

Besøg denne side for at downloade guiden Automatiseret smelte- og dråbepunktsanalyse

Automatiseret smeltepunkts- og dråbepunktsanalyse

Tilbage til spørgsmålene;

8. Kalibrering og justering af et smeltepunktsinstrument

Før enheden tages i brug, anbefales det at kontrollere dens målenøjagtighed. For at kontrollere temperaturnøjagtigheden kalibreres instrumentet ved hjælp af smeltepunktsstandarder med nøjagtige certificerede smeltepunkter. Således kan de nominelle værdier inklusive tolerancer sammenlignes med de faktiske målte værdier.

Hvis kalibreringen mislykkes, dvs. hvis de målte temperaturværdier ikke stemmer overens med de certificerede nominelle værdier for de respektive referencesubstanser, skal instrumentet justeres.

For at sikre målenøjagtigheden anbefales det, at ovnen kalibreres med certificerede referencestoffer regelmæssigt, f.eks. en gang om måneden.

Melting Point Excellence-instrumenterne forlader fabrikken efter at være blevet justeret med METTLER TOLEDO-referencesubstanser. Der udføres en trepunktskalibrering med benzophenon, benzoesyre og koffein efterfulgt af en justering. Justeringen verificeres derefter ved kalibrering med vanillin og kaliumnitrat.

Tilbage til spørgsmålene;

9. Opvarmningshastighedens indflydelse på smeltepunktsmålingen

Resultaterne afhænger meget af opvar mningshastigheden - jo højere opvarmningshastighed, jo højere smeltepunktstemperatur. Årsagen er, at smeltepunktstemperaturen af tekniske årsager ikke måles direkte i stoffet, men uden for kapillæren ved varmeblokken. Derfor halter prøvens temperatur bagefter ovnens temperatur. Jo højere opvarmningshastigheden er, jo hurtigere stiger ovntemperaturen, hvilket øger forskellen mellem det målte smeltepunkt og den sande smeltetemperatur.

På grund af afhængigheden af varmeforøgelseshastigheden kan målinger af smeltepunkter kun sammenlignes med hinanden, hvis de er foretaget med de samme hastigheder.

Prøvens og ovnens temperaturadfærd

Smeltepunktsbestemmelse starter ved en foruddefineret temperatur tæt på det forventede smeltepunkt. Den røde fuldt optrukne linje repræsenterer prøvens temperatur (se figuren nedenfor). I begyndelsen af smelteprocessen er både prøvens og ovnens temperatur identiske; ovnens og prøvens temperatur er termisk udlignet på forhånd. Prøvens temperatur stiger proportionalt med ovnens temperatur. Vi skal huske på, at prøvens temperatur stiger med en kort forsinkelse, som skyldes den tid, det tager at overføre varme fra ovnen til prøven. Under opvarmningen er ovnens temperatur altid højere end prøvens temperatur. På et bestemt tidspunkt smelter ovnens varme prøven inde i kapillæren. Prøvetemperaturen forbliver konstant, indtil hele prøven er smeltet. Vi identificerer forskellige ovntemperaturværdier T_A og T_C, som er defineret af de respektive smelteprocesstadier: kollaps- og klaringspunkt. Prøvetemperaturen inde i kapillæren stiger markant, når prøven er helt smeltet. Den stiger parallelt med ovnens temperatur og viser en lignende forsinkelse som i begyndelsen.

Farmakopé MP vs. termodynamisk MP

Der er to måder at evaluere smeltepunkter på: Farmakopé smeltepunkt og termodynamisk smeltepunkt. Pharmacopeia-metoden ignorerer, at ovnens temperatur er anderledes (højere) under opvarmningsprocessen end prøvens temperatur, hvilket betyder, at ovnens temperatur måles i stedet for prøvens temperatur. Som en konsekvens heraf afhænger farmakopei-smeltepunktet stærkt af opvarmningshastigheden. Derfor er målingerne kun sammenlignelige, hvis der anvendes samme opvarmningshastighed.

Det termodynamiske smeltepunkt fås derimod ved at trække det matematiske produkt af en termodynamisk faktor 'f' og kvadratroden af opvarmningshastigheden fra farmakopéens smeltepunkt. Den termodynamiske faktor er en empirisk bestemt instrumentspecifik faktor. Det termodynamiske smeltepunkt er det fysisk korrekte smeltepunkt (se figuren nedenfor). Denne værdi afhænger ikke af opvarmningshastighed eller andre parametre. Dette er en meget nyttig værdi, da den gør det muligt at sammenligne smeltepunkter for forskellige stoffer uafhængigt af forsøgsopstillingen.

Farmakopé smeltepunkt vs. termodynamisk smeltepunkt

Tilbage til spørgsmålene;

10. Smeltepunktsmåling - tips og tricks

Farvede eller nedbrydende prøver (azobenzol, kaliumdichromat, cadmiumiodid) eller prøver, der viser tendens til at inkludere luftbobler i smelten (urinstof), kan kræve enten sænkning af tærskelværdi B eller brug af C-værdien som evalueringskriterium, fordi transmissionsstigningen ikke vil være så høj under smeltningen.
Prøver, der nedbrydes (sukker) eller sublimeres (koffein): Forsegl kapillæren med en flamme. De flygtige komponenter skaber et overtryk inde i den lukkede kapillær, som hæmmer yderligere nedbrydning eller sublimering.
Hydroskopiske prøver: Forsegl kapillæret med en flamme.
Opvarmningshastighed: Normalt 1 °C/min. For højeste nøjagtighed og ikke-nedbrydende prøver anvendes 0,2 °C/min. Med stoffer, der nedbrydes, 5 °C/min; til udforskende målinger 10 °C/min.
Starttemperatur: 3 - 5 min før, henholdsvis 5 - 10 °C under, det forventede smeltepunkt (3 - 5 gange opvarmningshastigheden).
Sluttemperatur: En vellykket målekurve kræver en sluttemperatur, der ligger ca. 5 °C over den forventede hændelse.
Brug det termodynamiske smeltepunkt, hvis SOP og instrument tillader det. Det termodynamiske smeltepunkt er det fysisk korrekte smeltepunkt og er ikke afhængigt af instrumentets parametre.
Forkertprøveforberedelse: Den prøve, der skal undersøges, skal være helt tør, homogen og i pulverform. Fugtige prøver skal tørres først. Grovkrystallinske prøver og ikke-homogene prøver males fint i en morter. For at sikre sammenlignelige resultater er det vigtigt at fylde alle kapillarrør til samme højde og at komprimere stoffet godt i kapillærerne.
Det anbefales at bruge smeltepunktskapillærer, der er fremstillet meget præcist, og som sikrer meget nøjagtige og gentagelige resultater, f.eks. kapillærer fra METTLER TOLEDO. Hvis der anvendes andre kapillærer, skal instrumenterne kalibreres og om nødvendigt justeres ved hjælp af disse kapillærer.

Tilbage til spørgsmålene;

Vil du have svar på dine individuelle spørgsmål?

11. Effekten af urenheder på smeltepunktet - Smeltepunktsdepression

Smeltepunktsdepression er fænomenet med reduktion af smeltepunktet for et forurenet, urent materiale sammenlignet med det rene materiale. Årsagen er, at forureninger svækker gitterkræfterne i en fast krystallinsk prøve. Konklusionen er, at der skal mindre energi til at bryde tiltrækningskræfterne og ødelægge den krystallinske struktur.

Smeltepunktet er derfor en nyttig indikator for renhed, da der er en generel sænkning og udvidelse af smelteområdet, når urenhederne øges.

Tilbage til spørgsmålene;

12. Bestemmelse af blandet smeltepunkt

Hvis to stoffer smelter ved samme temperatur, kan en blandet smeltepunktsbestemmelse afsløre, om de er ét og samme stof. Smeltetemperaturen for en blanding af to komponenter er normalt lavere end for den ene af de rene komponenter. Denne adfærd er kendt som smeltepunktsdepression.

Ved bestemmelse af blandede smeltepunkter blandes prøven med et referencestof i forholdet 1:1. Når prøvens smeltepunkt sænkes ved blanding med et referencestof, kan de to stoffer ikke være identiske. Hvis blandingens smeltepunkt ikke falder, er prøven identisk med det tilsatte referencestof.

Almindeligvis bestemmes tre smeltepunkter: prøve, reference og 1:1 blandingsforhold mellem prøve og reference. Den blandede smeltepunktsteknik er en vigtig grund til, at alle smeltepunktsmaskiner af høj kvalitet har mindst tre kapillærer i deres varmeblokke.