Sve što trebate znati o određivanju tališta

Definicija, načelo određivanja, utjecaji, savjeti za mjerenje, propisi i više

Talište je karakteristično svojstvo čvrstih kristalnih tvari. To je temperatura pri kojoj kruta faza prelazi u tekuću fazu. Određivanje tališta je termička analiza koja se najčešće koristi za karakterizaciju čvrstih kristalnih materijala. Koristi se u istraživanju i razvoju, kao i u kontroli kvalitete u različitim segmentima industrije za prepoznavanje čvrstih kristalnih tvari i provjeru njihove čistoće.

Na ovoj stranici ćete dobiti osnovna znanja o tehnici točke taljenja. Nadalje, navedeni su praktični savjeti i savjeti za svakodnevni rad.

Odaberite svoje polje interesa

Što je talište?
Zašto mjeriti talište?
Princip određivanja tališta
Kapilarna metoda
Zahtjevi farmakopeje za određivanje tališta
Dobra priprema uzorka
Postavljanje instrumenta
Kalibracija i podešavanje instrumenta za talište
Utjecaj brzine zagrijavanja na mjerenje tališta
Mjerenje tališta – Savjeti
Učinak nečistoća na točku taljenja – Depresija tališta
Mješovito određivanje tališta

1. Što je talište?

Talište je karakteristično svojstvo čvrste kristalne tvari. To je temperatura pri kojoj kruta faza prelazi u tekuću fazu. Ovaj fenomen se događa kada se tvar zagrijava. Tijekom procesa taljenja, sva energija dodana tvari troši se kao toplina taljenja, a temperatura ostaje konstantna (vidi dijagram u nastavku). Tijekom faznog prijelaza, dvije fizičke faze materijala postoje jedna pored druge.

Kristalni materijali sastoje se od finih čestica koje za pravilan, trodimenzionalni raspored – kristalnu rešetku. Čestice unutar rešetke drže zajedno sile rešetke. Kada se kruti kristalni materijal zagrije, čestice postaju energičnije i počinju se snažnije kretati, sve dok konačno sile privlačenja između njih više nisu dovoljno jake da ih drže zajedno. Kristalna struktura je uništena i čvrsti materijal se topi.
Što su sile privlačenja među česticama jače, potrebno je više energije da ih se savlada. Što je više energije potrebno, to je talište veće. Temperatura taljenja kristalne krutine je stoga pokazatelj stabilnosti njene rešetke.

Na talištu se ne mijenja samo agregatno stanje; dosta drugih fizičkih karakteristika također se značajno mijenja. Među njima su termodinamičke vrijednosti, specifični toplinski kapacitet, entalpija i reološka svojstva kao što su volumen ili viskoznost. Posljednje, ali ne i najmanje važno, mijenjaju se optička svojstva dvolomna refleksija i prijenos svjetlosti. U usporedbi s drugim fizičkim vrijednostima, promjena u prijenosu svjetlosti može se lako odrediti i stoga se može koristiti za određivanje tališta.

Pogledajte webinar "Uvod u točku tališta".

Povratak na pitanja;

2. Zašto mjeriti talište?

Tališta se često koriste za karakterizaciju organskih i anorganskih kristalnih spojeva i za utvrđivanje njihove čistoće. Čiste tvari tale se na oštroj, visoko definiranoj temperaturi (vrlo mali temperaturni raspon od 0,5 – 1 °C), dok nečiste, kontaminirane tvari općenito pokazuju veliki interval taljenja. Temperatura na kojoj se rastali sav materijal onečišćene tvari obično je niža od temperature čiste tvari. Ovo ponašanje je poznato kao depresija tališta i može se koristiti za dobivanje kvalitativnih informacija o čistoći tvari.

Općenito, određivanje tališta koristi se u laboratoriju u istraživanju i razvoju, kao iu kontroli kvalitete u različitim segmentima industrije za identifikaciju i provjeru čistoće različitih tvari.

Povratak na pitanja;

3. Princip određivanja tališta

Na točki taljenja dolazi do promjene prijenosa svjetlosti. U usporedbi s drugim fizičkim vrijednostima, promjena u prijenosu svjetlosti može se lako odrediti i stoga se može koristiti za određivanje tališta. Praškasti kristalni materijali su neprozirni u kristalnom stanju i prozirni u tekućem stanju. Ova izrazita razlika u optičkim svojstvima može se izmjeriti kako bi se odredila točka taljenja bilježenjem postotka intenziteta svjetlosti koja svijetli kroz tvar u kapilari, prijenosa, u odnosu na izmjerenu temperaturu peći.

Postoje različite faze procesa taljenja čvrste kristalne tvari: Na točki kolapsa, tvar je uglavnom kruta i sadrži samo malu količinu rastaljenog materijala. Na točki meniskusa, većina tvari se otopila, ali nešto čvrstog materijala je još uvijek prisutno. Na čistoj točki, tvar se potpuno otopila.

Povratak na pitanja;

4. Kapilarna metoda

Mjerenje tališta obično se provodi u tankim staklenim kapilarnim cijevima unutarnjeg promjera 1 mm i debljine stijenke 0,1 – 0,2 mm. Fino mljeveni uzorak stavlja se u kapilarnu cijev do razine punjenja od 2 – 3 mm i stavlja u grijani stalak (tekuća kupka ili metalni blok) u neposrednoj blizini termometra visoke točnosti. Temperatura u postolju za grijanje povećava se prema fiksnoj stopi koju može programirati korisnik. Proces taljenja se vizualno nadzire kako bi se odredila talište uzorka. Moderni instrumenti, poput Instrumenti Melting Point Excellence tvrtke METTLER TOLEDO omogućuju automatizirano otkrivanje tališta i raspona taljenja te vizualni pregled pomoću video kamere. Kapilarna metoda je potrebna u mnogim lokalnim farmakopejama kao standardna tehnika za određivanje tališta.

S instrumentima Melting Point Excellence tvrtke METTLER TOLEDO može se mjeriti do 6 kapilara u isto vrijeme.

Saznajte više o prednostima digitalnih instrumenata za točku tališta

Povratak na pitanja;

5. Zahtjevi farmakopeje za određivanje tališta

Zahtjevi farmakopeje za određivanje tališta uključuju minimalne zahtjeve za dizajn uređaja za određivanje tališta i za izvođenje mjerenja.

Zahtjevi farmakopeje na prvi pogled:

Koristite kapilare s vanjskim promjerom u rasponu od 1,3-1,8 mm i debljinom stijenke od 0,1-0,2 mm.
Primijenite stalnu brzinu zagrijavanja od 1 °C/min.
Ako nije drugačije navedeno, u većini farmakopeja temperatura na kraju topljenja bilježi se u točki C (Kraj taljenja = čista točka) kada više nema čvrste tvari.
Zabilježena temperatura predstavlja temperaturu postolja za grijanje, koje može biti uljna kupelj ili metalni blok, u kojem se nalazi termoelement.

Instrumenti za točku tališta tvrtke METTLER TOLEDO u potpunosti su u skladu sa zahtjevima Farmakopeje.

Za detaljne informacije o međunarodnim normama i standardima, posjetite

www.mt.com/MPDP-norme

Povratak na pitanja;

6. Dobra priprema uzorka

Dobra priprema uzorka ključna je za postizanje vrlo preciznih mjerenja tališta.

Za pripremu uzorka suha praškasta tvar se usitnjava u mužaru i puni u kapilare koje se zatim ubacuju u peć. Kutija s priborom za točku taljenja sadrži komplete od 150 kapilara za točku taljenja, tučak i tarionik od ahata, pincetu, lopaticu (b) i 5 alata za punjenje kapilara (a). Nadalje, kutija s priborom sadrži tri standarda tališta – ili METTLER TOLEDO referentne tvari tališta (benzofenon, benzojeva kiselina, saharin) ili USP referentne standarde tališta (kofein, vanilin, acetanilid).

Proces pripreme uzorka pomoću METTLER TOLEDO alata za utvrđivanje tališta:

Korak 1: Prvo, uzorak je potrebno osušiti u eksikatoru. Zatim se mali dio uzorka fino samelje u mužaru.

Korak 2: Nekoliko kapilara priprema se istovremeno za mjerenje instrumentom METTLER TOLEDO. Alat za punjenje kapilara savršeno pomaže u punjenju jer se prazne kapilare sigurno drže u držaču poput klina. Uzimanje malog uzorka iz žbuke lako se izvodi uz pomoć alata.

Korak 3: Mala količina uzorka na vrhu kapilare zatim se pomiče niz kapilaru otpuštanjem držača i laganim odbijanjem kapilara o stol nekoliko puta. Ova radnja čvrsto pakira uzorak u dno kapilare. 'Efekt odbijanja' uzrokuje čvrsto pakiranje tvari i izbjegava stvaranje zračnih džepova.

Korak 4: Ispravna visina punjenja može se provjeriti ugraviranim ravnalom na alatu za kapilarno punjenje. Općenito, visina ispune ne smije prelaziti 3 mm.

Korak 1 pripreme uzorka za analizu tališta

Korak 2a pripreme uzorka za analizu tališta

Korak 2b pripreme uzorka za analizu tališta

Korak 3 pripreme uzorka za analizu tališta

Korak 4 pripreme uzorka za analizu tališta

Povratak na pitanja;

7. Postavljanje instrumenta

Uz pravilnu pripremu uzorka, postavke na instrumentu također su bitne za točno određivanje tališta. Točan odabir početne temperature, krajnje temperature i stope rampe zagrijavanja nužni su kako bi se spriječile netočnosti zbog porasta topline u uzorku koji je netočan ili prebrz:

a) Početna temperatura

Određivanje tališta počinje na unaprijed definiranoj temperaturi blizu očekivanog tališta. Do početne temperature postolje za grijanje se brzo predgrijava. Na početnoj temperaturi kapilare se uvode u peć, a temperatura počinje rasti pri definiranoj brzini zagrijavanja.
Uobičajena formula za izračunavanje početne temperature:
Početna temperatura = očekivani MP – (5 min * brzina zagrijavanja)

b) Stopa rampe grijanja

Brzina rampe grijanja je fiksna stopa porasta temperature između početne i krajnje temperature za rampu grijanja.
Rezultati jako ovise o brzini zagrijavanja - što je veća brzina zagrijavanja, viša je opažena temperatura tališta.
Farmakopeje primjenjuju stalnu brzinu zagrijavanja od 1 °C/min. Za najveću točnost i uzorke koji se ne raspadaju koristite 0,2 °C/min. Kod tvari koje se raspadaju treba primijeniti brzinu zagrijavanja od 5 °C/min. Za eksplorativna mjerenja može se koristiti brzina zagrijavanja od 10 °C/min.

c) Zaustavna temperatura

Maksimalna temperatura koju treba postići u određivanju.
Uobičajena formula za izračunavanje temperature zaustavljanja:
Zaustavna temperatura = očekivani MP + (3 min * brzina zagrijavanja)

d) Termodinamički / farmakopejski način

Postoje dva načina za procjenu tališta: Farmakopejsko talište i termodinamičko talište. Način farmakopeje zanemaruje da je temperatura peći različita (viša) tijekom procesa zagrijavanja od temperature uzorka, što znači da se mjeri temperatura peći, a ne temperatura uzorka. Kao posljedica toga, farmakopejsko talište jako ovisi o brzini zagrijavanja. Stoga su mjerenja usporediva samo ako se primjenjuje ista brzina zagrijavanja.
S druge strane, termodinamičko talište dobiva se oduzimanjem matematičkog produkta termodinamičkog faktora 'f' i kvadratnog korijena brzine zagrijavanja od farmakopejskog tališta. Termodinamički faktor je empirijski određen faktor specifičan za instrument. Termodinamičko talište je fizički ispravno talište. Ova vrijednost ne ovisi o brzini zagrijavanja ili drugim parametrima. Ovo je vrlo korisna vrijednost jer omogućuje usporedbu tališta različitih tvari neovisno o postavkama eksperimenta.

Talište i kapaljište – automatizirana analiza

Ovaj vodič za točku taljenja i kapanja objašnjava princip mjerenja automatizirane analize tališta i kapljišta te daje savjete za bolja mjerenja i provjeru performansi.

Posjetite ovu stranicu za preuzimanje vodiča za automatiziranu analizu točke taljenja i kapljišta

Talište i kapaljište – automatizirana analiza

Povratak na pitanja;

8. Kalibracija i podešavanje instrumenta za talište

Prije puštanja jedinice u rad preporuča se provjeriti njezinu točnost mjerenja. Kako bi se provjerila točnost temperature, instrument se kalibrira pomoću standarda tališta s točnim certificiranim talištem. Stoga se nominalne vrijednosti, uključujući tolerancije, mogu usporediti sa stvarnim izmjerenim vrijednostima.

Ako kalibracija ne uspije, što znači da izmjerene vrijednosti temperature ne odgovaraju rasponu certificiranih nominalnih vrijednosti odgovarajućih referentnih tvari, instrument treba prilagoditi.

Kako bi se osigurala točnost mjerenja, preporučuje se redovito kalibriranje peći s certificiranim referentnim tvarima, na primjer jednom mjesečno.

Instrumenti Melting Point Excellence izlaze iz tvornice nakon što su podešeni pomoću referentnih tvari tvrtke METTLER TOLEDO. Provodi se kalibracija u tri točke s benzofenonom, benzojevom kiselinom i kofeinom, nakon čega slijedi podešavanje. Podešavanje se potom provjerava kalibracijom s vanilinom i kalijevim nitratom.

Povratak na pitanja;

9. Utjecaj brzine zagrijavanja na mjerenje tališta

Rezultati jako ovise o brzini zagrijavanja - što je veća brzina zagrijavanja, viša je opažena temperatura tališta. Razlog je taj što se temperatura tališta ne mjeri izravno unutar tvari, već izvan kapilare na grijaćem bloku, zbog tehničkih razloga. Stoga temperatura uzorka zaostaje za temperaturom peći. Što je veća brzina zagrijavanja, to je brži porast temperature peći, povećavajući razliku između izmjerene točke taljenja i stvarne temperature taljenja.

Zbog ovisnosti o brzini porasta topline, mjerenja tališta su međusobno usporediva samo ako se uzimaju istim brzinama.

Temperaturno ponašanje uzorka i peći

Određivanje tališta počinje na unaprijed definiranoj temperaturi blizu očekivanog tališta. Crvena puna linija predstavlja temperaturu uzorka (vidi sliku u nastavku). Na početku procesa taljenja, temperature uzorka i peći su identične; temperature peći i uzorka su prethodno toplinski uravnotežene. Temperatura uzorka raste proporcionalno temperaturi peći. Moramo imati na umu da temperatura uzorka raste s kratkom odgodom koja je uzrokovana vremenom potrebnim za prijenos topline od peći do uzorka. Tijekom zagrijavanja temperatura peći je uvijek viša od temperature uzorka. U određenoj točki toplina peći topi uzorak unutar kapilare. Temperatura uzorka ostaje konstantna sve dok se cijeli uzorak ne rastali. Identificiramo različite vrijednosti temperature peći T _A i T _C koje su definirane odgovarajućim fazama procesa taljenja: točka kolapsa i čista točka. Temperatura uzorka unutar kapilare značajno raste kada je uzorak potpuno rastaljen. Povećava se paralelno s temperaturom peći pokazujući slično kašnjenje kao na početku.

Farmakopejski MP nasuprot termodinamičkom MP

S druge strane, termodinamičko talište dobiva se oduzimanjem matematičkog produkta termodinamičkog faktora 'f' i kvadratnog korijena brzine zagrijavanja od farmakopejskog tališta. Termodinamički faktor je empirijski određen faktor specifičan za instrument. Termodinamičko talište je fizički ispravno talište (vidi sliku ispod). Ova vrijednost ne ovisi o brzini zagrijavanja ili drugim parametrima. Ovo je vrlo korisna vrijednost jer omogućuje usporedbu tališta različitih tvari neovisno o postavkama eksperimenta.

Farmakopejsko talište u odnosu na termodinamičko talište

Povratak na pitanja;

10. Mjerenje tališta – Savjeti

Obojeni uzorci ili uzorci koji se raspadaju (azobenzen, kalijev dikromat, kadmijev jodid) ili uzorci koji pokazuju tendenciju uključivanja mjehurića zraka u talinu (urea) mogu zahtijevati ili snižavanje vrijednosti praga B ili korištenje vrijednosti C kao kriterija za ocjenjivanje jer povećanje transmisije neće biti toliko visoko tijekom taljenja.
Uzorci koji se raspadaju (šećer) ili sublimiraju (kofein): Začepite kapilaru plamenom. Hlapljive komponente stvaraju nadtlak unutar zatvorene kapilare koji inhibira daljnju razgradnju ili sublimaciju.
Hidroskopski uzorci: Zatvorite kapilaru plamenom.
Brzina zagrijavanja: Obično 1 °C/min. Za najveću točnost i uzorke koji se ne raspadaju koristite 0,2 °C/min. S tvarima koje se razlažu, 5 °C/min; za eksplorativna mjerenja 10 °C/min.
Početna temperatura: 3 - 5 minuta prije, odnosno 5 - 10 °C ispod očekivane točke taljenja (3 - 5 puta veća od brzine zagrijavanja).
Krajnja temperatura: Uspješna mjerna krivulja zahtijeva krajnju temperaturu koja je cca. 5 °C iznad očekivanog događaja.
Koristite termodinamičko talište ako SOP i instrument to dopuštaju. Termodinamičko talište je fizički ispravno talište i ne ovisi o parametrima instrumenta.
Neispravna priprema uzorka : Uzorak koji se ispituje mora biti potpuno suh, homogen i u obliku praha. Vlažni uzorci moraju se prvo osušiti. Grubi kristalni uzorak i nehomogeni uzorci se fino usitne u tarioniku. Kako bi se osigurali usporedivi rezultati, važno je ispuniti sve kapilarne cijevi do iste visine i dobro zbiti tvar u kapilarama.
Preporuča se korištenje kapilara s talištem koje su vrlo precizno proizvedene kako bi se osigurale vrlo točne i ponovljive rezultate, npr. kapilare tvrtke METTLER TOLEDO. Ako se koriste druge kapilare, instrumente treba kalibrirati i, ako je potrebno, prilagoditi pomoću tih kapilara.

Povratak na pitanja;

Želite li odgovore na svoja pojedinačna pitanja?

11. Učinak nečistoća na talište – Depresija tališta

Depresija tališta je pojava smanjenja tališta onečišćenog, nečistog materijala u usporedbi s čistim materijalom. Razlog je taj što onečišćenja oslabljuju sile rešetke unutar čvrstog kristalnog uzorka. U zaključku, potrebno je manje energije za razbijanje sila privlačenja i uništavanje kristalne strukture.

Talište je stoga koristan pokazatelj čistoće budući da postoji općenito snižavanje i širenje raspona tališta kako se nečistoće povećavaju.

Povratak na pitanja;

12. Mješovito određivanje tališta

Ako se dvije tvari tale na istoj temperaturi, mješovito određivanje tališta može otkriti jesu li to jedna te ista tvar. Temperatura taljenja smjese dviju komponenti obično je niža od temperature bilo koje čiste komponente. Ovo ponašanje je poznato kao depresija tališta.

Za miješano određivanje tališta, uzorak se miješa s referentnom tvari u omjeru 1:1. Kad god se talište uzorka snizi miješanjem s referentnom tvari, dvije tvari ne mogu biti identične. Ako talište smjese ne padne, uzorak je identičan referentnoj tvari koja je dodana.

Obično se određuju tri tališta: uzorak, referenca i omjer miješanja uzorka i reference 1:1. Tehnika mješovite točke taljenja važan je razlog zašto svi visokokvalitetni strojevi za točku taljenja imaju najmanje tri kapilare u svojim grijaćim blokovima.