Point de fusion | Définitions, principes de détermination et méthodes

Point de fusion

Tout ce que vous devez savoir sur la détermination du point de fusion

Melting point determination
Qu'est-ce que le point de fusion ?
Qu'est-ce que le point de fusion ? Pourquoi mesurer le point de fusion
Principe de mesure du point de fusion
Capillaire pour point de fusion

5. Exigences des pharmacopées en matière de la détermination du point de fusion

Exigences des pharmacopées en matière de mesure du point de fusion
Boîte d'accessoires pour la mesure du point de fusion

Processus de préparation des échantillons à l'aide des outils de mesure du point de fusion METTLER TOLEDO :

Étape 1 : l'échantillon est d'abord séché dans un dessiccateur. Une petite partie de l'échantillon est ensuite finement broyée dans un mortier.

Étape 2 : plusieurs capillaires sont préparés simultanément pour être mesurés à l'aide d'un instrument METTLER TOLEDO. L'outil de remplissage des capillaires facilite considérablement le remplissage, car il assure le maintien ferme des capillaires à l'aide d'une pince en forme de cheville. Il permet ainsi de prélever une petite partie de l'échantillon dans le mortier.

Étape 3 : la petite quantité de l'échantillon située en haut des capillaires se déplace ensuite vers le bas lorsque l'utilisateur relâche la pince et tapote légèrement les capillaires sur la table plusieurs fois. Cette action permet de tasser l'échantillon au fond du capillaire. Les tapotements permettent de tasser la substance de manière compacte et évitent l'apparition de bulles d'air.

Étape 4 : la règle gravée sur l'outil de remplissage capillaire permet de s'assurer que la hauteur de remplissage est correcte. En règle générale, elle ne doit pas dépasser 3 mm.

Étape 1 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 1 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 2a de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 2a de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 2b de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 2b de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 3 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 3 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 4 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion
Étape 4 de la préparation de l'échantillon pour une analyse du point de fusion

7. Configuration de l'instrument

En plus de préparer les échantillons correctement, il est également essentiel de régler l'instrument pour pouvoir déterminer le point de fusion avec précision. En choisissant de manière correcte la température de départ, la température d'arrêt et la vitesse de la rampe de chauffe, il est possible d'éviter les inexactitudes dues à une augmentation incorrecte ou trop rapide de la chaleur dans l'échantillon :

a) Température de départ

La détermination du point de fusion commence à une température prédéfinie proche du point de fusion prévu. Le système de chauffage est rapidement préchauffé à la température de départ. Les capillaires sont ensuite placés dans le four à cette température, qui se met à augmenter à la vitesse définie de la rampe de chauffe.
Voici la formule courante qui permet de calculer la température de départ :
température de départ = PF prévu – (5 min * vitesse de chauffe)

b) Vitesse de la rampe de chauffe

Il s'agit de la vitesse fixe d'augmentation de la température entre les températures de départ et d'arrêt de la rampe de chauffe.
Les résultats dépendent étroitement de la vitesse de chauffe : plus elle est élevée, plus la température du point de fusion observée est élevée.
Les pharmacopées appliquent une vitesse de chauffe constante de 1 °C/min. Pour une meilleure exactitude et pour analyser les échantillons sans décomposition, utiliser une vitesse de chauffe de 0,2 °C/min. Pour les substances qui se décomposent, utiliser une vitesse de chauffe de 5 °C/min. Pour les mesures exploratoires, il est possible d'utiliser une vitesse de chauffe de 10 °C/min.

c) Température d'arrêt

Il s'agit de la température maximum à atteindre lors de la détermination.
Voici la formule courante qui permet de calculer la température d'arrêt :
température d'arrêt = PF prévu + (3 min * vitesse de chauffe)

d) Mode thermodynamique/de pharmacopée

Pour évaluer le point de fusion, deux modes sont proposés : le point de fusion de pharmacopée et le point de fusion thermodynamique. Le mode de pharmacopée néglige le fait que la température du four est différente (plus élevée) pendant le processus de chauffe de celle de l'échantillon, ce qui signifie qu'on mesure plutôt la température du four. Ainsi, le point de fusion de pharmacopée dépend étroitement de la vitesse de chauffe. Par conséquent, les mesures ne sont comparables que si la même vitesse de chauffe est appliquée.
Le point de fusion thermodynamique, par contre, est obtenu en soustrayant le produit mathématique d'un facteur thermodynamique « f » et la racine carrée de la vitesse de chauffe du point de fusion de pharmacopée. Le facteur thermodynamique est propre à l'instrument déterminé empiriquement. Le point de fusion thermodynamique est le point de fusion physiquement correct. Cette valeur ne dépend pas de la vitesse de chauffe ou d'autres paramètres. Elle est très utile car elle permet de comparer les points de fusion de différentes substances, quel que soit le dispositif expérimental.

Analyse automatisée des points de fusion et de goutte

8. Étalonnage et réglage d'un instrument de mesure du point de fusion

Avant de mettre l'instrument en service, il est conseillé de vérifier sa précision de mesure. Afin de vérifier la précision de la température, l'instrument est étalonné à l'aide d'étalons de point de fusion avec des points de fusion certifiés exacts. Ainsi, les valeurs nominales, y compris les tolérances, peuvent être comparées aux valeurs réelles mesurées.

En cas d'échec de l'étalonnage, c'est-à-dire si les valeurs de température mesurées ne sont pas conformes à la plage des valeurs nominales certifiées des substances de référence respectives, l'instrument doit être réglé.

Afin de garantir la précision des mesures, il est conseillé d'étalonner le four avec des substances de référence certifiées régulièrement, par exemple une fois par mois.

Les instruments de mesure du point de fusion Excellence sont réglés en usine à l'aide des substances de référence METTLER TOLEDO. Un étalonnage à trois points avec de la benzophénone, de l'acide benzoïque et de la caféine est effectué, suivi d'un réglage, qui est ensuite vérifié par un étalonnage à la vanilline et au nitrate de potassium.

Étalonnage du point de fusion et réglage

9. Influence de la vitesse de chauffe sur la mesure du point de fusion

Les résultats dépendent étroitement de la vitesse de chauffe : plus elle est élevée, plus la température du point de fusion observée est élevée. En effet, la température du point de fusion n'est pas mesurée directement dans la substance, mais à l'extérieur du capillaire au niveau du bloc chauffant, pour des raisons techniques. La température de l'échantillon est donc inférieure à la température du four. Plus la vitesse de chauffe est élevée, plus l'augmentation de la température du four est rapide, ce qui accentue la différence entre le point de fusion mesuré et la température de fusion réelle.

En raison de la dépendance de la vitesse d'augmentation de la chaleur, les mesures prises pour les points de fusion ne peuvent être comparées que si elles sont effectuées en utilisant les mêmes vitesses.

Comportement de la température au niveau de l'échantillon et du four

La détermination du point de fusion commence à une température prédéfinie proche du point de fusion prévu. La ligne continue rouge représente la température de l'échantillon (voir la figure ci-dessous). Au début de la fusion, les températures de l'échantillon et du four sont identiques (elles sont équilibrées thermiquement au préalable). La température de l'échantillon augmente proportionnellement à la température du four. N'oublions pas que la température de l'échantillon augmente avec un léger décalage causé par le temps nécessaire à la transmission de la chaleur du four à l'échantillon. Pendant le chauffage, la température du four est toujours plus élevée que celle de l'échantillon. À un moment donné, la chaleur du four fait fondre l'échantillon à l'intérieur du capillaire. La température de l'échantillon reste constante jusqu'à ce que tout l'échantillon soit fondu. Nous pouvons identifier différentes valeurs de température du four TA et TC définies par les étapes respectives du processus de fusion : le point d'effondrement et le point de transparence. La température de l'échantillon à l'intérieur du capillaire augmente de manière significative une fois que l'échantillon est complètement fondu. Elle augmente parallèlement à la température du four, avec un décalage similaire à celui du début.

Point de fusion de pharmacopée et point de fusion thermodynamique

Pour évaluer le point de fusion, deux modes sont proposés : le point de fusion de pharmacopée et le point de fusion thermodynamique. Le mode de pharmacopée néglige le fait que la température du four est différente (plus élevée) pendant le processus de chauffe de celle de l'échantillon, ce qui signifie qu'on mesure plutôt la température du four. Ainsi, le point de fusion de pharmacopée dépend étroitement de la vitesse de chauffe. Par conséquent, les mesures ne sont comparables que si la même vitesse de chauffe est appliquée.

Le point de fusion thermodynamique, par contre, est obtenu en soustrayant le produit mathématique d'un facteur thermodynamique « f » et la racine carrée de la vitesse de chauffe du point de fusion de pharmacopée. Le facteur thermodynamique est propre à l'instrument déterminé empiriquement. Le point de fusion thermodynamique est le point de fusion physiquement correct (voir la figure ci-dessous). Cette valeur ne dépend pas de la vitesse de chauffe ou d'autres paramètres. Elle est très utile car elle permet de comparer les points de fusion de différentes substances, quel que soit le dispositif expérimental.
 

Augmentation de la température au niveau de l'échantillon et du four
Augmentation de la température au niveau de l'échantillon et du four
Point de fusion de pharmacopée et point de fusion thermodynamique
Point de fusion de pharmacopée et point de fusion thermodynamique
Détermination du point de fusion

 

 

Dépression du point de fusion

12. Détermination du point de fusion mixte

Si deux substances fondent à la même température, une détermination du point de fusion mixte peut révéler s'il s'agit d'une seule et même substance. La température de fusion d'un mélange de deux composants est généralement inférieure à celle d'un composant pur. Ce comportement s'appelle la dépression du point de fusion.

Pour la détermination du point de fusion mixte, l'échantillon est mélangé à une substance de référence dans une proportion de 1:1. Chaque fois que le point de fusion de l'échantillon est abaissé par mélange avec une substance de référence, les deux substances ne peuvent pas être identiques. Si le point de fusion du mélange ne baisse pas, l'échantillon est identique à la substance de référence qui a été ajoutée.

En règle générale, trois points de fusion sont déterminés : l'échantillon, la substance de référence et le rapport de mélange 1:1 de l'échantillon et de la substance de référence. La technique du point de fusion mixte est l'une des raisons importantes pour laquelle toutes les machines à point de fusion de haute qualité accueillent au moins trois capillaires dans leurs blocs chauffants.

Diagramme 1 : l'échantillon et la substance de référence sont identiques
Diagramme 1 : l'échantillon et la substance de référence sont identiques
Diagramme 2 : l'échantillon et la substance de référence ne sont pas identiques
Diagramme 2 : l'échantillon et la substance de référence ne sont pas identiques