Stanovení bodu tání
Teplota tání pevných látek a její stálost při tání, stejně jako bod varu kapalin, slouží jako údaj o čistotě nebo znečištění studovaného produktu a je zcela specifickou a charakteristickou hodnotou pro každou čistou pevnou látku. Cizí příměsi mění bod tání dané látky.
Stálost teploty při tavení pevné látky však není vždy specifickou vlastností chemicky čisté látky, protože jsou známy směsi látek odebrané v určitém poměru, které mají konstantní bod tání.
Pro stanovení bodu tání je třeba zkoumanou látku co nejjemněji rozemlít. Nejprve byste si měli připravit kapiláry, které můžete sami vytáhnout ze skleněných trubiček (viz kapitola 25 „Základní informace o manipulaci se sklem“). Kapiláry by měly mít vnitřní průměr 0,5–0,8 mm a délku 70–90 mm. Jeden konec kapiláry musí být utěsněn.
Je žádoucí, aby otevřený konec kapiláry měl o něco větší průměr, což představuje určitý druh trychtýře, kterým je vhodné zavádět zkoumanou látku.
K naplnění kapiláry se její otevřený konec ponoří do drcené látky, poté se kapilára převrátí a poklepem, aby se zajistilo, že se prášek přesune na dno kapiláry. Opakováním operace několikrát naplňte kapiláru tak, aby výška sloupce látky nebyla menší než 4-5 mm.
Před spuštěním do zařízení pro stanovení bodu tání se kapilára otře a připevní k teploměru; spodní konec kapiláry a zásobník teploměru musí být ve stejné úrovni. Pokud má látka bod tání nepřesahující 150 °C, lze k připevnění kapiláry k teploměru použít pryžové kroužky vyříznuté z pryžové trubičky malého průměru.
Rýže. 501. Zařízení pro stanovení bodu tání: 1 – baňka s prodlouženým hrdlem; 2 — teploměr; 3 – korek; 4 — kapilára; 5 — mikro hořák; 6 – šroubová svorka.
Rýže. 502. Zařízení pro stanovení bodu tání: a-Thiele; b – Dennis; v Avery.
Pokud bod tání testované látky překročí 150 °C, měla by být kapilára připevněna tenkým kovovým drátem.
Vhodné je také zařízení (obr. 501), což je baňka o objemu asi 80 ml s prodlouženým hrdlem. Do hrdla baňky se vloží teploměr, zajištěný v pryžové zátce, seříznutý tak, aby byla viditelná stupnice teploměru a aby vnitřek baňky komunikoval s atmosférou. Ke spodní části teploměru je připevněna kapilára, jak je popsáno výše. Baňka je naplněna parafínem a zahřívána mikrohořákem, do kterého je přívod plynu regulován šroubovou svorkou.
Pokročilejší je zařízení Thiele (obr. 502, c); Je naplněn glycerinem nebo parafínovým olejem. Vodorovná část (A – B) je obalena azbestem a zahřívána hořákem. Kapalina neustále cirkuluje v zařízení, což umožňuje rovnoměrné zahřívání teploměru a kapiláry, které jsou umístěny ve vertikálním ústí (c – A) zařízení. Tato část zařízení je připevněna ke stativu pomocí tlapky.
Pro elektrický ohřev se na vodorovnou část zařízení (A – B) navine nichromový drát o průměru 0,04 mm (10 závitů) a navrch se nanese vrstva azbestocementu o tloušťce minimálně 5 mm, kterou si můžete vyrobit svépomocí smícháním jemnovláknitého azbestu s tekutým sklem. Konec drátu je vyveden a po zahřátí je připojen k elektrické síti.
Dennis vylepšil Thieleho přístroj mírnou změnou jeho tvaru (obr. 502, b); Tento tvar podporuje lepší cirkulaci ohřívané kapaliny, a tedy rovnoměrnější ohřev kapiláry. Princip činnosti zařízení je stejný jako u zařízení Thiele.
Další modifikaci Thieleho aparátu provedl Avery. Zařízení (obr. 502, c) se skládá ze dvou vzájemně spojených zkumavek. V levé části přístroje je téměř po dno ponořen teploměr s kapilárou a v pravé části přístroje je umístěno malé míchadlo. Zařízení je naplněno glycerinem nebo parafínem. Princip činnosti zařízení je stejný jako u zařízení Thiele.
Rychlé stanovení bodu tání se pohodlně provádí pomocí Koflerova přístroje* (obr. 503). Jedná se o pochromovanou kovovou tyč o délce 400 mm a šířce asi 40 mm. Jeden konec tyče se elektricky zahřeje na 260 °C. Opačný, nevyhřívaný konec bloku by měl mít teplotu asi 50°C. Zařízení má teplotní stupnici s pohyblivou stupnicí a pohyblivým jezdcem, což usnadňuje určení teploty na libovolné části povrchu tyče.
Pro stanovení bodu tání se na tyčinku nanese malé množství zkoumané látky a po několika sekundách lze pozorovat hranici mezi roztavenou látkou a zbývající studovanou pevnou látkou. Pro získání jednoznačných výsledků z tohoto zařízení je nutné vzít v úvahu změny způsobené změnou pokojové teploty. Proto jsou údaje na teplotní stupnici kontrolovány proti bodu tání některé známé látky před a po každém stanovení zkoumané látky,
Rýže. 503. Koflerova aparatura pro rychlé stanovení bodu tání.
Celý proces včetně ověření netrvá déle než 2 minuty.
Zařízení je vhodné pro stanovení bodu tání nejen čistých látek, ale i směsí.
Vše, co potřebujete vědět o stanovení bodu tání
<strong>Definice, princip měření, tipy a triky, regulační požadavky a mnoho dalšího</strong>
Teplota tání je charakteristická vlastnost pevných krystalických látek. Jedná se o teplotu, při které se látka mění z pevné látky na kapalnou. Měření teploty tání je technika tepelné analýzy často používaná k určení vlastností krystalických pevných látek. Metoda se používá ve vědeckém a aplikovaném výzkumu, v průmyslových laboratořích kontroly kvality k identifikaci krystalických pevných látek a ke kontrole jejich čistoty.
Tato stránka poskytuje důležité informace o metodách měření bodu tání. Nechybí ani praktické rady pro každodenní práci.
Vybrat téma
- Co je bod tání?
- Proč se měří bod tání?
- Princip stanovení bodu tání
- Kapilární metoda
- Lékopisná pravidla pro stanovení bodu tání
- Správná příprava vzorku
- Nastavení přístroje
- Kalibrace a seřízení zařízení pro stanovení bodu tání
- Vliv rychlosti ohřevu na měření bodu tání
- Měření bodu tání: Tipy a triky
- Vliv nečistot na bod tání: snížení bodu tání
- Identifikace látky podle bodu tání směsi
1. Jaký je bod tání?
Teplota tání je charakteristická vlastnost pevné krystalické látky. Jedná se o teplotu, při které se látka mění z pevné látky na kapalnou. K tomuto přechodu dochází při zahřátí. Během procesu tavení se veškerá energie dodaná látce spotřebuje na tavení a teplota zůstává konstantní (viz graf níže). Během fázového přechodu existují dvě fyzikální fáze látky současně.
Krystalické látky se vyznačují přítomností uspořádané trojrozměrné struktury – krystalové mřížky. Částice hmoty jsou v této struktuře drženy vytvářením vazeb určitého typu. Při zahřívání pevné krystalické látky se energie částic zvyšuje a začnou se intenzivněji pohybovat, až se konečně přeruší strukturní vazby. Když se krystalická struktura rozpadne, pevný materiál přejde do kapalného stavu.
Čím silnější jsou vazby mezi částicemi, tím více energie je potřeba k jejich překonání. Čím více energie je zapotřebí, tím vyšší je bod tání. Teplota tání látky je tedy indikátorem síly její krystalové mřížky.
Při teplotě tání se nemění pouze stav agregace: významně se mění i mnoho dalších fyzikálních vlastností. Patří mezi ně termodynamické vlastnosti, jako je specifické teplo a entalpie, a reologické vlastnosti, jako je objem a viskozita. Neméně důležité je, že se mění dvojlom a propustnost světla. Ve srovnání s jinými fyzikálními veličinami lze změny v propustnosti světla snadno zaznamenat a použít k určení bodu tání.
2. Proč se měří bod tání?
Teploty tání se často používají k identifikaci organických a anorganických krystalických sloučenin a ke stanovení jejich čistoty. Čisté látky tají při přesně definované teplotě (ve velmi úzkém rozmezí 0,5–1 °C), zatímco látky obsahující nečistoty mají obvykle široký rozsah teplot tání. Teplota, při které kontaminovaná látka úplně taje, je obvykle nižší než teplota tání čisté látky. Tato vlastnost se nazývá deprese bodu tání. Lze jej použít ke kvalitativnímu posouzení čistoty látky.
Stanovení bodu tání se používá jak ve vědeckém výzkumu, tak v laboratořích kontroly kvality k identifikaci látek a ověřování jejich čistoty.
3. Princip stanovení bodu tání
Během procesu tavení se mění světelná propustnost látky. Ve srovnání s jinými fyzikálními veličinami lze změny v propustnosti světla snadno zaznamenat a použít k určení bodu tání. Prášky z krystalických materiálů jsou neprůhledné, ale jejich taveniny jsou průhledné. Tento zdánlivý rozdíl v optických vlastnostech je dostatečný pro stanovení bodu tání měřením intenzity světla procházejícího látkou v kapiláře při zahřívání pece.
Tavení pevné krystalické látky probíhá v několika fázích. Při teplotě destrukce zůstává látka převážně pevná a obsahuje malý podíl taveniny. Dalším stupněm je teplota tvorby menisku, při které je látka většinou roztavená, ale s určitým obsahem pevné látky. Při průhledné teplotě je látka zcela roztavena.
4. Kapilární metoda
K měření bodu tání se obvykle používají tenké skleněné trubičky (kapiláry) s vnitřním průměrem 1 mm a tloušťkou stěny 0,1–0,2 mm. Kapilára se naplní jemně mletou látkou tak, aby vznikl sloupec vysoký 2–3 mm, a umístí se do topného zařízení (vodní lázeň nebo kovový blok) co nejblíže přesnému teploměru. Teplota topného zařízení stoupá konstantní rychlostí nastavenou uživatelem. Bod tání se určuje vizuálně pozorováním procesu tání látky. Pomocí moderních přístrojů, jako je Melting Point Excellence společnosti METTLER TOLEDO, se teplota a rozsah tání určují automaticky pomocí videokamery. Kapilární metoda pro stanovení bodu tání je považována za standardní. Je popsán v mnoha národních lékopisech.
Přístroje METTLER TOLEDO Melting Point Excellence mohou pojmout až šest kapilár současně.
5. Lékopisná pravidla pro stanovení bodu tání
Požadavky lékopisu na stanovení bodu tání platí jak pro konstrukci zařízení, tak pro postup měření.
Stručný přehled požadavků:
- Používají se kapiláry s vnějším průměrem 1,3–1,8 mm a tloušťkou stěny 0,1–0,2 mm.
- Konstantní rychlost ohřevu 1 °C za minutu.
- Pokud není uvedeno jinak, většina lékopisů vyžaduje zaznamenávání teploty v bodě C, kdy není přítomna pevná fáze (odpovídající čiré teplotě).
- Zaznamenaná teplota je teplota topné jednotky (olejové lázně nebo kovového bloku), ve které je umístěn termočlánek.
Další informace o mezinárodních normách a standardech jsou k dispozici zde
6. Správná příprava vzorku
Pro přesné stanovení bodu tání je nezbytná správná příprava vzorku.
Při přípravě vzorku se suchá práškovitá látka rozdrtí v hmoždíři. Plní se do kapilár, které se pak vloží do pece. Sada příslušenství pro bod tání obsahuje 150 speciálních kapilár, achátový hmoždíř s tloučkem, pinzetu, špachtli (b) a pět kapilárních plničů (a). Kromě toho sada obsahuje tři standardní vzorky: buď standardy bodu tání METTLER TOLEDO (benzofenon, kyselina benzoová, sacharin) nebo standardy bodu tání USP (kofein, vanilin, acetanilid).
Příprava vzorků pomocí příslušenství METTLER TOLEDO:
Krok 1. Nejprve musíte vzorek vysušit v exsikátoru. Poté rozdrťte malou část hmoty v hmoždíři.
Krok 2. Naplňte několik kapilár pomocí speciálního příslušenství METTLER TOLEDO. Svorka zařízení bezpečně drží kapiláru během plnění. S jeho pomocí je vhodné sbírat malé části prášku z hmoždíře.
Krok 3. Chcete-li posunout sloupec vzorku dolů po kapiláře, uvolněte svorku a jemně poklepejte spodním koncem kapiláry na stůl. Při poklepání na tvrdý povrch se prášek zhutní na spodním konci kapiláry. Zároveň se z něj odstraní vzduchové mezery.
Krok 4. Zařízení má dělení pro kontrolu výšky sloupce látky v kapiláře. Výška sloupku by zpravidla neměla přesáhnout 3 mm.
Příprava vzorku pro stanovení bodu tání: krok 1
Příprava vzorku pro stanovení bodu tání: Krok 2a
Příprava vzorku pro stanovení bodu tání: krok 2b
Příprava vzorku pro stanovení bodu tání: krok 3
Příprava vzorku pro stanovení bodu tání: krok 4
7. Nastavení zařízení
Nastavení přístroje spolu se správnou přípravou vzorku je nezbytné pro přesné stanovení bodu tání. Správná volba počáteční a koncové teploty a také rychlosti ohřevu je nezbytná pro snížení chyb spojených s nerovnoměrnou nebo příliš rychlou akumulací tepla ve vzorku.
a) Počáteční teplota
Měření bodu tání začíná při nastavené teplotě blízké očekávanému bodu tání. Ohřev na počáteční teplotu probíhá poměrně rychle. Po dosažení počáteční teploty se kapiláry umístí do pece, kde teplota začne stoupat danou rychlostí.
Počáteční teplota se obvykle vypočítá takto:
Počáteční T = očekávané tání T – (5 min × rychlost ohřevu)
b) Rychlost ohřevu
Rychlost ohřevu od počáteční do konečné teploty je konstantní.
Výsledky jsou velmi závislé na rychlosti ohřevu – čím vyšší je, tím vyšší bude naměřený bod tání.
Lékopisy udávají konstantní rychlost ohřevu 1 °C/min. Pro maximální přesnost použijte rychlost ohřevu 0,2 °C/min, pokud látka není rozložitelná. Pokud se látka rozkládá v rozsahu měření, použijte rychlost ohřevu 5 °C/min. Pro předběžnou analýzu lze použít rychlost ohřevu 10 °C/min.
c) Konečná teplota
Maximální teplota dosažená během procesu analýzy.
Konečná teplota se obvykle vypočítá takto:
Finální T = očekávané tání T + (3 min × rychlost ohřevu)
d) Režimy měření bodu tání
K měření bodu tání můžete použít jeden ze dvou režimů: lékopisný nebo termodynamický. Lékopisný režim nezohledňuje skutečnost, že se teplota pece při ohřevu liší (ve větším směru) od teploty vzorku, to znamená, že se měří teplota pece, nikoli teplota vzorku. V důsledku toho jsou hodnoty bodu tání podle lékopisu vysoce závislé na rychlosti ohřevu. Výsledky měření jsou srovnatelné pouze v případech, kdy je použita stejná rychlost ohřevu.
Chcete-li vypočítat termodynamický bod tání, musíte od lékopisné hodnoty bodu tání odečíst součin termodynamického koeficientu f a druhé odmocniny rychlosti ohřevu. Termodynamický koeficient je stanoven experimentálně pro každé zařízení. Z fyzikálního hlediska je termodynamický bod tání správný. Jeho hodnota nezávisí na rychlosti ohřevu a dalších faktorech. To je velmi výhodné, protože umožňuje porovnávat teploty tání různých látek měřené v různých experimentálních sestavách.
Automatické měření bodu tání a bodu skápnutí
Tento Průvodce měřením bodu tání a bodu skápnutí popisuje postup automatizované analýzy a poskytuje návod k technikám měření a ověřování výkonu.