Phụ lục bài viết
Điểm nóng chảy là gì?
Điểm nóng chảy là một tính chất đặc trưng của chất kết tinh rắn. Đó là nhiệt độ tại đó pha rắn chuyển sang pha lỏng. Hiện tượng này xảy ra khi chất đó bị nung nóng. Trong quá trình nóng chảy, tất cả năng lượng bổ sung vào chất này sẽ được tiêu thụ dưới dạng nhiệt của phản ứng tổng hợp và nhiệt độ không đổi (xem sơ đồ bên dưới). Trong quá trình chuyển pha, hai pha vật lý của vật liệu tồn tại cạnh nhau.
Vật liệu tinh thể bao gồm các hạt mịn có sự sắp xếp đều đặn, 3 chiều – một mạng tinh thể. Các hạt trong mạng được giữ với nhau bằng lực mạng. Khi vật liệu kết tinh rắn được nung nóng, các hạt trở nên giàu năng lượng hơn và bắt đầu chuyển động mạnh hơn, cho đến khi cuối cùng lực hút giữa chúng không còn đủ mạnh để giữ chúng lại với nhau. Cấu trúc tinh thể bị phá hủy và vật liệu rắn tan chảy.
Lực hấp dẫn giữa các hạt càng mạnh thì càng cần nhiều năng lượng để vượt qua chúng. Càng cần nhiều năng lượng thì điểm nóng chảy càng cao. Do đó, nhiệt độ nóng chảy của chất rắn kết tinh là một chỉ số cho sự ổn định của mạng tinh thể của nó.
Tại điểm nóng chảy không chỉ trạng thái tổng hợp thay đổi; khá nhiều đặc điểm hình thể khác cũng thay đổi đáng kể. Trong số này có các giá trị nhiệt động lực học, nhiệt dung riêng, entanpy và các đặc tính lưu biến như thể tích hoặc độ nhớt. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, tính chất quang học là sự phản xạ lưỡng chiết và truyền ánh sáng thay đổi. So với các giá trị vật lý khác, sự thay đổi trong quá trình truyền ánh sáng có thể dễ dàng được xác định và do đó có thể được sử dụng để phát hiện điểm nóng chảy.
Tại sao phải đo điểm nóng chảy?
Điểm nóng chảy thường được sử dụng để mô tả các hợp chất tinh thể hữu cơ và vô cơ và để xác định độ tinh khiết của chúng. Các chất tinh khiết tan chảy ở nhiệt độ rõ ràng, xác định cao (phạm vi nhiệt độ rất nhỏ 0,5 – 1 ° C) trong khi các chất không tinh khiết, bị ô nhiễm thường biểu hiện khoảng thời gian nóng chảy lớn.
Nhiệt độ mà tại đó tất cả vật liệu của chất bị ô nhiễm nóng chảy thường thấp hơn nhiệt độ của chất nguyên chất. Hành vi này được gọi là trầm cảm điểm nóng chảy và có thể được sử dụng để thu được thông tin định tính về độ tinh khiết của một chất.
Nói chung, xác định điểm nóng chảy được sử dụng trong phòng thí nghiệm trong nghiên cứu và phát triển cũng như kiểm soát chất lượng ở các phân khúc ngành khác nhau để xác định và kiểm tra độ tinh khiết của các chất khác nhau.
Nguyên tắc xác định điểm nóng chảy
Tại điểm nóng chảy, có sự thay đổi về khả năng truyền ánh sáng. So với các giá trị vật lý khác, sự thay đổi trong quá trình truyền ánh sáng có thể dễ dàng được xác định và do đó có thể được sử dụng để phát hiện điểm nóng chảy. Vật liệu tinh thể dạng bột đục ở trạng thái tinh thể và trong suốt ở trạng thái lỏng.
Sự khác biệt rõ rệt về tính chất quang học này có thể được đo để xác định điểm nóng chảy bằng cách ghi lại phần trăm cường độ ánh sáng chiếu qua chất trong mao quản, độ truyền qua, liên quan đến nhiệt độ lò đo được.
Có nhiều giai đoạn khác nhau trong quá trình điểm nóng chảy của một chất kết tinh rắn: Tại điểm sụp đổ, chất đó chủ yếu là chất rắn và chỉ bao gồm một lượng nhỏ vật liệu nóng chảy. Tại điểm khum, phần lớn chất đã tan chảy nhưng vẫn còn một số chất rắn. Tại thời điểm rõ ràng, chất đã tan chảy hoàn toàn.
Phương pháp mao dẫn
Phép đo điểm nóng chảy thường được thực hiện trong các ống mao dẫn thủy tinh mỏng có đường kính trong 1 mm và độ dày thành 0,1 – 0,2 mm. Mẫu nghiền mịn được đặt vào ống mao dẫn đến mức làm đầy từ 2 – 3 mm và đưa vào giá đỡ đã được gia nhiệt (bể lỏng hoặc khối kim loại) gần với nhiệt kế có độ chính xác cao. Nhiệt độ trong đế sưởi được tăng theo tốc độ cố định do người dùng lập trình.
Quá trình nóng chảy được kiểm tra trực quan để xác định điểm nóng chảy của mẫu. Các thiết bị hiện đại, như thiết bị Melting Point Excellence cho phép tự động phát hiện điểm nóng chảy và phạm vi nóng chảy cũng như kiểm tra trực quan bằng máy quay video. Phương pháp mao dẫn được yêu cầu trong nhiều dược điển địa phương như là kỹ thuật tiêu chuẩn để xác định điểm nóng chảy.
Với thiết bị Melting Point Excellence có thể đo được tới 6 mao quản cùng lúc.
Yêu cầu của Dược điển đối với việc xác định điểm nóng chảy
Các yêu cầu của dược điển đối với việc xác định điểm nóng chảy bao gồm cả các yêu cầu tối thiểu đối với việc thiết kế thiết bị đo điểm nóng chảy và việc thực hiện phép đo.
Sơ lược về các yêu cầu của dược điển:
- Sử dụng mao mạch có đường kính ngoài từ 1,3–1,8 mm và độ dày thành từ 0,1–0,2 mm.
- Áp dụng tốc độ gia nhiệt không đổi 1°C/phút.
- Nếu không có quy định khác, trong hầu hết các dược điển, nhiệt độ khi kết thúc quá trình nóng chảy được ghi lại ở điểm C (Kết thúc nóng chảy = Điểm trong) khi không còn chất rắn nào.
- Nhiệt độ được ghi lại thể hiện nhiệt độ của bệ gia nhiệt, có thể là bể dầu hoặc khối kim loại, trong đó đặt cặp nhiệt điện.
Chuẩn bị mẫu tốt
Việc chuẩn bị mẫu tốt là rất quan trọng để đạt được các phép đo điểm nóng chảy có độ chính xác cao.
Để chuẩn bị mẫu, chất bột khô được nghiền trong cối và đổ vào các mao quản, sau đó đưa vào lò nung. Hộp phụ kiện điểm nóng chảy chứa bộ 150 ống mao dẫn điểm nóng chảy, một chày và cối mã não, nhíp, thìa (b) và 5 dụng cụ làm đầy mao quản (a). Hơn nữa, hộp phụ kiện còn chứa ba chất chuẩn về điểm nóng chảy – chất chuẩn tham chiếu điểm nóng chảy.
Quy trình chuẩn bị mẫu bằng công cụ điểm nóng chảy:
- Bước 1: Đầu tiên, mẫu cần được sấy khô trong bình hút ẩm. Sau đó, một phần nhỏ mẫu được nghiền mịn trong cối.
- Bước 2: Một số mao quản được chuẩn bị đồng thời để đo bằng thiết bị Dụng cụ làm đầy mao mạch hỗ trợ hoàn hảo cho việc làm đầy vì các mao mạch rỗng được giữ chắc chắn trong một tay cầm giống như một cái chốt. Việc thu thập một phần mẫu nhỏ từ cối có thể được thực hiện dễ dàng với sự hỗ trợ của công cụ.
- Bước 3: Một lượng nhỏ mẫu ở đầu mao quản sau đó được di chuyển xuống mao quản bằng cách thả tay cầm và đập nhẹ mao mạch lên bàn vài lần. Hành động này gói chặt mẫu vào đáy mao quản. ‘Hiệu ứng nảy’ khiến vật liệu bị nén chặt và tránh tạo ra các túi khí.
- Bước 4: Có thể kiểm tra chiều cao làm đầy chính xác bằng thước khắc trên dụng cụ làm đầy mao quản. Nói chung chiều cao lấp đầy không được vượt quá 3 mm.
Bước 1 của quá trình chuẩn bị mẫu để phân tích điểm nóng chảy |
Bước 2a của quá trình chuẩn bị mẫu để phân tích điểm nóng chảy |
Bước 2b của quá trình chuẩn bị mẫu để phân tích điểm nóng chảy |
Bước 3 của quá trình chuẩn bị mẫu để phân tích điểm nóng chảy |
Bước 4 của quá trình chuẩn bị mẫu để phân tích điểm nóng chảy |
Cài đặt dụng cụ
Cùng với việc chuẩn bị mẫu thích hợp, việc cài đặt trên thiết bị cũng rất cần thiết để xác định chính xác điểm nóng chảy. Cần phải lựa chọn chính xác nhiệt độ bắt đầu, nhiệt độ dừng cuối và tốc độ tăng nhiệt để ngăn ngừa sự thiếu chính xác do sự tăng nhiệt trong mẫu không chính xác hoặc quá nhanh:
Nhiệt độ bắt đầu
Việc xác định điểm nóng chảy bắt đầu ở nhiệt độ được xác định trước gần với điểm nóng chảy dự kiến. Khi đạt đến nhiệt độ bắt đầu, đế gia nhiệt sẽ được làm nóng trước nhanh chóng. Ở nhiệt độ bắt đầu, các mao quản được đưa vào lò và nhiệt độ bắt đầu tăng theo tốc độ tăng nhiệt xác định.
Công thức chung để tính nhiệt độ ban đầu:
Nhiệt độ bắt đầu = MP dự kiến – (5 phút * tốc độ gia nhiệt)
Tốc độ tăng nhiệt
Tốc độ gia nhiệt là tốc độ tăng nhiệt độ cố định giữa nhiệt độ bắt đầu và kết thúc đối với giai đoạn gia nhiệt.
Kết quả phụ thuộc nhiều vào tốc độ gia nhiệt – tốc độ gia nhiệt càng cao thì nhiệt độ điểm nóng chảy quan sát được càng cao.
Dược điển áp dụng tốc độ gia nhiệt không đổi là 1°C/phút. Để có độ chính xác cao nhất và mẫu không bị phân hủy, hãy sử dụng 0,2 °C/phút. Với các chất bị phân hủy, nên áp dụng tốc độ gia nhiệt 5°C/phút. Đối với các phép đo thăm dò, có thể sử dụng tốc độ gia nhiệt 10°C/phút.
Dừng nhiệt độ
Nhiệt độ tối đa cần đạt được khi xác định.
Công thức chung để tính nhiệt độ dừng:
Nhiệt độ dừng = MP dự kiến + (3 phút * tốc độ gia nhiệt)
Chế độ nhiệt động / dược điển
Có hai chế độ để đánh giá điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy Pharmacopeia và điểm nóng chảy nhiệt động lực học. Chế độ dược điển bỏ qua rằng nhiệt độ lò trong quá trình gia nhiệt khác (cao hơn) so với nhiệt độ mẫu, nghĩa là nhiệt độ lò được đo chứ không phải nhiệt độ mẫu. Kết quả là điểm nóng chảy của dược điển phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ gia nhiệt. Do đó, các phép đo chỉ có thể so sánh được nếu áp dụng cùng tốc độ gia nhiệt.
Mặt khác, điểm nóng chảy nhiệt động thu được bằng cách trừ tích số toán học của hệ số nhiệt động ‘f’ và căn bậc hai của tốc độ gia nhiệt khỏi điểm nóng chảy theo dược điển. Hệ số nhiệt động là hệ số cụ thể được xác định bằng thực nghiệm. Điểm nóng chảy nhiệt động là điểm nóng chảy chính xác về mặt vật lý. Giá trị này không phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt hoặc các thông số khác.
Đây là một giá trị rất hữu ích vì nó cho phép so sánh điểm nóng chảy của các chất khác nhau một cách độc lập với thiết lập thử nghiệm.
Hiệu chuẩn và điều chỉnh thiết bị đo điểm nóng chảy
Trước khi đưa thiết bị vào hoạt động, nên kiểm tra độ chính xác của phép đo. Để kiểm tra độ chính xác của nhiệt độ, thiết bị được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn điểm nóng chảy được chứng nhận chính xác về điểm nóng chảy. Do đó, các giá trị danh nghĩa bao gồm dung sai có thể được so sánh với các giá trị đo thực tế.
Nếu hiệu chuẩn không thành công, nghĩa là nếu các giá trị nhiệt độ đo được không khớp với phạm vi giá trị danh nghĩa được chứng nhận của các chất đối chiếu tương ứng thì cần phải điều chỉnh thiết bị.
Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, nên hiệu chuẩn lò bằng các chất chuẩn được chứng nhận một cách thường xuyên, ví dụ mỗi tháng một lần.
Các thiết bị Melting Point Excellence xuất xưởng đã được điều chỉnh bằng chất tham chiếu. Hiệu chuẩn ba điểm với benzophenone, axit benzoic và caffeine được thực hiện, sau đó là điều chỉnh. Sau đó, việc điều chỉnh được kiểm tra bằng cách hiệu chuẩn bằng vanillin và kali nitrat.
Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt đến phép đo điểm nóng chảy
Kết quả phụ thuộc nhiều vào tốc độ gia nhiệt – tốc độ gia nhiệt càng cao thì nhiệt độ điểm nóng chảy quan sát được càng cao. Nguyên nhân là do nhiệt độ điểm nóng chảy không được đo trực tiếp bên trong chất mà ở bên ngoài mao quản tại khối gia nhiệt, vì lý do kỹ thuật.
Do đó, nhiệt độ của mẫu chậm hơn nhiệt độ lò. Tốc độ gia nhiệt càng cao thì nhiệt độ lò tăng càng nhanh, làm tăng sự chênh lệch giữa điểm nóng chảy đo được và nhiệt độ nóng chảy thực.
Do sự phụ thuộc của tốc độ tăng nhiệt, các phép đo được thực hiện đối với điểm nóng chảy chỉ có thể so sánh được với nhau nếu chúng được thực hiện với cùng tốc độ.
Hành vi nhiệt độ của mẫu và lò
Việc xác định điểm nóng chảy bắt đầu ở nhiệt độ được xác định trước gần với điểm nóng chảy dự kiến. Đường liền màu đỏ biểu thị nhiệt độ của mẫu (xem hình bên dưới). Khi bắt đầu quá trình nấu chảy, nhiệt độ của cả mẫu và lò đều giống nhau; nhiệt độ lò và mẫu được cân bằng nhiệt trước đó. Nhiệt độ mẫu tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ lò.
Chúng ta phải nhớ rằng nhiệt độ mẫu tăng với độ trễ ngắn, nguyên nhân là do thời gian cần thiết để truyền nhiệt từ lò đến mẫu. Trong khi nung nóng, nhiệt độ lò luôn cao hơn nhiệt độ mẫu. Tại một thời điểm nhất định, nhiệt của lò làm tan chảy mẫu bên trong mao quản. Nhiệt độ mẫu không đổi cho đến khi toàn bộ mẫu nóng chảy.
Chúng tôi xác định các giá trị nhiệt độ lò khác nhau TA và TC được xác định bởi các giai đoạn của quá trình nóng chảy tương ứng: điểm sụp đổ và điểm rõ ràng. Nhiệt độ mẫu bên trong mao quản tăng lên đáng kể khi mẫu nóng chảy hoàn toàn. Nó tăng song song với nhiệt độ lò cho thấy độ trễ tương tự như lúc đầu.
MP dược điển so với MP nhiệt động lực học
Có hai chế độ để đánh giá điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy Pharmacopeia và điểm nóng chảy nhiệt động lực học. Chế độ dược điển bỏ qua rằng nhiệt độ lò trong quá trình gia nhiệt khác (cao hơn) so với nhiệt độ mẫu, nghĩa là nhiệt độ lò được đo chứ không phải nhiệt độ mẫu.
Kết quả là điểm nóng chảy của dược điển phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ gia nhiệt. Do đó, các phép đo chỉ có thể so sánh được nếu áp dụng cùng tốc độ gia nhiệt.
Mặt khác, điểm nóng chảy nhiệt động thu được bằng cách trừ tích số toán học của hệ số nhiệt động ‘f’ và căn bậc hai của tốc độ gia nhiệt khỏi điểm nóng chảy theo dược điển. Hệ số nhiệt động là hệ số cụ thể được xác định bằng thực nghiệm.
Điểm nóng chảy nhiệt động là điểm nóng chảy chính xác về mặt vật lý (xem hình bên dưới). Giá trị này không phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt hoặc các thông số khác. Đây là một giá trị rất hữu ích vì nó cho phép so sánh điểm nóng chảy của các chất khác nhau một cách độc lập với thiết lập thử nghiệm.
 |
 |
Đo điểm nóng chảy – Lời khuyên và gợi ý
- Các mẫu có màu hoặc phân hủy (azo benzen, kali dicromat, cadimi iodua) hoặc các mẫu có xu hướng tạo bọt khí trong nóng chảy (urê) có thể yêu cầu giảm giá trị ngưỡng B hoặc sử dụng giá trị C làm tiêu chí đánh giá vì mức tăng truyền tải sẽ không quá cao trong quá trình tan chảy.
- Các mẫu phân hủy (đường) hoặc thăng hoa (caffeine): Dùng ngọn lửa hàn kín mao quản. Các thành phần dễ bay hơi tạo ra áp suất quá mức bên trong mao quản khép kín, ngăn cản sự phân hủy hoặc thăng hoa hơn nữa.
- Mẫu thủy phân: Đậy kín mao quản bằng ngọn lửa.
- Tốc độ gia nhiệt: Thường là 1°C/phút. Để có độ chính xác cao nhất và mẫu không bị phân hủy, hãy sử dụng 0,2 °C/phút. Với các chất phân hủy, 5°C/phút; cho phép đo thăm dò 10°C/phút.
- Nhiệt độ bắt đầu: 3 – 5 phút trước, tương ứng là 5 – 10°C dưới điểm nóng chảy dự kiến (gấp 3 – 5 lần tốc độ gia nhiệt).
- Nhiệt độ cuối: Đường cong đo thành công đòi hỏi nhiệt độ cuối xấp xỉ. 5°C cao hơn mức dự kiến.
- Sử dụng điểm nóng chảy nhiệt động nếu SOP và thiết bị cho phép. Điểm nóng chảy nhiệt động là điểm nóng chảy chính xác về mặt vật lý và không phụ thuộc vào các thông số của thiết bị.
- Chuẩn bị mẫu không chính xác: Mẫu đang được nghiên cứu phải khô hoàn toàn, đồng nhất và ở dạng bột. Mẫu ẩm phải được sấy khô trước. Mẫu tinh thể thô và mẫu không đồng nhất được nghiền mịn trong cối. Để đảm bảo kết quả có thể so sánh được, điều quan trọng là phải lấp đầy tất cả các ống mao dẫn ở cùng độ cao và nén chặt chất trong mao mạch.
- Sử dụng mao dẫn điểm nóng chảy được sản xuất rất chính xác để đảm bảo kết quả có độ chính xác cao và có thể lặp lại, ví dụ: các mao mạch từ METTLER TOLEDO được khuyên dùng. Nếu sử dụng các mao quản khác thì dụng cụ phải được hiệu chuẩn và nếu cần, điều chỉnh bằng cách sử dụng các mao quản này.
Địa chỉ phân phối máy đo điểm nóng chảy chính hãng
Lidinco là công ty cung cấp các loại máy đo điểm nóng chảy uy tín nhập khẩu trực tiếp từ các hãng hàng đầu Mỹ, Nhật, Hàn, Đài Loan với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.
Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.
Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com
Xem thêm: Đồng hồ đo áp suất
