Nhiệt nóng chảy riêng đọc là gì năm 2024

Nhiệt lượng Q cung cấp cho chất rắn trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy: \(Q = \lambda m\)

Trong đó m là khối lượng của chất rắn, \(\lambda \) là nhiệt nóng chảy riêng của chất rắn và đo bằng \(J/kg\)

Điểm nóng chảy là một tính chất đặc trưng của các chất kết tinh rắn. Đó là nhiệt độ tại đó pha rắn chuyển sang pha lỏng. Xác định điểm nóng chảy là phân tích nhiệt được sử dụng thường xuyên nhất để mô tả các vật liệu kết tinh rắn. Nó được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển cũng như kiểm soát chất lượng trong các phân khúc công nghiệp khác nhau để xác định các chất kết tinh rắn và kiểm tra độ tinh khiết của chúng.

Trên trang này, bạn sẽ có được kiến thức cần thiết về kỹ thuật điểm nóng chảy. Hơn nữa, các mẹo và gợi ý thiết thực cho công việc hàng ngày cũng được cung cấp.

1. 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 đun nóng chất đó. Trong quá trình nóng chảy, tất cả năng lượng được thêm vào chất 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 chất tồn tại song song với nhau.

Các vật liệu tinh thể bao gồm các hạt mịn sắp xếp 3 chiều đều đặn – một mạng tinh thể. Các hạt trong mạng được giữ với nhau bằng lực mạng. Khi vật liệu tinh thể rắn được nung nóng, các hạt trở nên giàu năng lượng hơn và bắt đầu chuyển động mạnh hơn, cho đến khi 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 hút giữa các hạt càng mạnh thì càng cần nhiều năng lượng để thắng chúng. Càng cần nhiều năng lượng thì nhiệt độ 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 ngoại hình khác cũng thay đổi đáng kể. Trong số đó 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, các thuộc tính quang học phản xạ lưỡng chiết suất và truyền ánh sáng thay đổi. So với các giá trị vật lý khác, có thể dễ dàng xác định sự thay đổi trong độ truyền ánh sáng và do đó có thể được sử dụng để phát hiện điểm nóng chảy.

2. Tại sao phải đo điểm nóng chảy?

Điểm nóng chảy thường được sử dụng để mô tả các hợp chất hữu cơ và vô cơ kết tinh và để xác định độ tinh khiết của chúng. Các chất tinh khiết nóng chảy ở nhiệt độ rõ rệt, được xác định rõ ràng (phạm vi nhiệt độ rất nhỏ từ 0,5 – 1 °C) trong khi các chất không tinh khiết, bị ô nhiễm thường có khoảng thời gian nóng chảy lớn. Nhiệt độ mà tại đó tất cả vật liệu của một chất bị ô nhiễm nóng chảy thường thấp hơn so với nhiệt độ của một chất nguyên chất. Hành vi này được gọi là giảm 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 trong các phân khúc công nghiệp khác nhau để xác định và kiểm tra độ tinh khiết của các chất khác nhau.

3. Nguyên tắc xác định điểm nóng chảy

Tại điểm nóng chảy, có một sự thay đổi trong truyền ánh sáng. So với các giá trị vật lý khác, có thể dễ dàng xác định sự thay đổi trong độ truyền ánh sáng và do đó có thể được sử dụng để phát hiện điểm nóng chảy. Vật liệu tinh thể dạng bột mờ 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 này chủ yếu là chất rắn và chỉ bao gồm một lượng nhỏ vật liệu nóng chảy. Tại điểm mặt khum, phần lớn chất đã tan chảy nhưng vẫn còn một số chất rắn. Tại điểm rõ ràng, chất đã tan chảy hoàn toàn.

4. 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 ống 0,1 – 0,2 mm. Một mẫu nghiền mịn được đặt trong ống mao dẫn đến mức làm đầy 2 – 3 mm và được đưa vào giá đỡ được gia nhiệt (bể chất 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 nhạc cụ hiện đại nhưThiết bị Melting Point Excellence của METTLER TOLEDO, cho phép tự động phát hiện điểm nóng chảy và phạm vi nóng chảy và 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 của METTLER TOLEDO, có thể đo cùng lúc tới 6 mao quản.

5. 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 xác định điểm nóng chảy và để thực hiện phép đo.

Các yêu cầu của dược điển trong nháy mắt:

• Sử dụng các ống mao dẫn có đường kính ngoài từ 1,3–1,8 mm và độ dày thành ống 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 tại điểm C (Kết thúc quá trình nóng chảy = Điểm trong) khi không còn chất rắn nào.
• Nhiệt độ được ghi thể hiện nhiệt độ của đế sưởi, có thể là bể dầu hoặc khối kim loại, trong đó đặt cặp nhiệt điện.

Các thiết bị xác định điểm nóng chảy của METTLER TOLEDO hoàn toàn tuân thủ các yêu cầu của Dược điển.

Để biết thông tin chi tiết về các quy tắc và tiêu chuẩn quốc tế, hãy truy cập

6. Chuẩn bị mẫu tốt

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, một chất dạng bột khô được nghiền trong cối và đổ đầy vào các mao quản, sau đó được đưa vào lò nung. Hộp phụ kiện điểm nóng chảy chứa bộ 150 mao quản điểm nóng chảy, chày và cối mã não, nhíp, thìa (b) và 5 dụng cụ làm đầy mao quản (a). Hơn nữa, hộp phụ kiện chứa ba chất chuẩn điểm nóng chảy – chất chuẩn điểm nóng chảy của METTLER TOLEDO (Benzophenone, axit Benzoic, Saccharin) hoặc chất chuẩn chuẩn điểm nóng chảy USP (Caffeine, Vanillin, Acetanilide).

Quy trình chuẩn bị mẫu bằng các công cụ điểm nóng chảy của METTLER TOLEDO:

Bước 1: Đầu tiên, mẫu cần được làm 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 METTLER TOLEDO. Công cụ làm đầy mao quản hỗ trợ hoàn hảo cho việc làm đầy vì các mao mạch rỗng được giữ chắc chắn trong một tay cầm giống như chốt. Việc lấy một phần mẫu nhỏ từ cối được thực hiện dễ dàng với sự hỗ trợ của dụng cụ.

Bước 3: Một lượng nhỏ mẫu ở trên cùng của mao quản sau đó được di chuyển xuống mao quản bằng cách thả tay cầm và lắc nhẹ các mao quản trên bàn vài lần. Hành động này nén chặt mẫu xuống đáy ống mao quản. 'Hiệu ứng nảy' gây ra sự đóng gói chặt chẽ của chất và tránh việc bao gồm các túi khí.

Bước 4: Có thể kiểm tra chiều cao làm đầy chính xác bằng thước đo có khắc trên dụng cụ làm đầy ống mao quản. Nói chung, chiều cao được 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

7. Cài đặt nhạc cụ

Cùng với việc chuẩn bị mẫu thích hợp, các cài đặt trên thiết bị cũng rất cần thiết để xác định chính xác điểm nóng chảy. Việc lựa chọn chính xác nhiệt độ bắt đầu, nhiệt độ dừng kết thúc và tốc độ gia nhiệt là cần thiết để tránh sự không chính xác do tăng nhiệt không chính xác trong mẫu quá nhanh:

a) Nhiệt độ bắt đầu

Xác định điểm nóng chảy bắt đầu ở nhiệt độ được xác định trước gần với điểm nóng chảy dự kiến. Lên đến nhiệt độ bắt đầu, đế sưởi nhanh chóng được làm nóng trước. Ở nhiệt độ bắt đầu, các mao dẫn được đưa vào lò và nhiệt độ bắt đầu tăng với tốc độ gia nhiệt xác định. Công thức chung để tính nhiệt độ bắt đầu: Nhiệt độ bắt đầu = MP dự kiến – (5 phút * tốc độ gia nhiệt)

b) Tốc độ gia nhiệt

Tốc độ tăng nhiệt là tốc độ tăng nhiệt độ cố định giữa nhiệt độ bắt đầu và nhiệt độ dừng cho tốc độ tăng nhiệt. Kết quả phụ thuộc rất 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 các 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.

c) Nhiệt độ dừng

Nhiệt độ tối đa đạt được trong phép xác định. Công thức chung để tính nhiệt độ dừng: Nhiệt độ dừng = MP dự kiến + (3 phút * tốc độ gia nhiệt)

d) Chế độ nhiệt động / dược điển

Có hai chế độ đánh giá điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy dược điển 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 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 lực học, thu được bằng cách trừ đi tích toán học của hệ số nhiệt động lực học 'f' và căn bậc hai của tốc độ gia nhiệt từ điểm nóng chảy dược điển. Yếu tố nhiệt động lực học là một yếu tố cụ thể của thiết bị được xác định theo kinh nghiệm. Điểm nóng chảy nhiệt động lực học 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 các điểm nóng chảy của các chất khác nhau một cách độc lập với thiết lập thí nghiệm.

Điểm nóng chảy và Điểm nhỏ giọt – Phân tích tự động

Hướng dẫn về điểm nóng chảy và điểm nhỏ giọt này giải thích nguyên tắc đo lường của phân tích điểm nóng chảy & điểm nhỏ giọt tự động, đồng thời đưa ra các mẹo & gợi ý để đo lường và xác minh hiệu suất tốt hơn.

8. Hiệu chuẩn và điều chỉnh thiết bị đo điểm nóng chảy

Trước khi thiết bị được đưa vào hoạt động, nên xác minh 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 với các điểm nóng chảy được chứng nhận chính xác. Do đó, các giá trị danh nghĩa bao gồm dung sai có thể được so sánh với các giá trị đo được thực tế.

Nếu hiệu chuẩn không thành công, nghĩa là nếu các giá trị nhiệt độ đo được không khớp với dải giá trị danh nghĩa được chứng nhận của các chất đối chứng tương ứng, thì thiết bị cần được điều chỉnh.

Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, nên thường xuyên hiệu chuẩn lò với các chất chuẩn được chứng nhận, ví dụ như mỗi tháng một lần.

Các thiết bị Melting Point Excellence rời khỏi nhà máy đã được điều chỉnh bằng cách sử dụng các chất đối chiếu của METTLER TOLEDO. Hiệu chuẩn ba điểm với benzophenone, axit benzoic và caffein được thực hiện, sau đó là điều chỉnh. Việc điều chỉnh sau đó được xác minh bằng hiệu chuẩn với vanillin và kali nitrat.

9. Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt đối với phép đo điểm nóng chảy

Kết quả phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ gia nhiệt - tốc độ gia nhiệt càng cao thì nhiệt độ điểm nóng chảy quan sát được càng cao. Lý do là nhiệt độ điểm nóng chảy không được đo trực tiếp bên trong chất, mà bên ngoài mao quản tại khối gia nhiệt, vì lý do kỹ thuật. Do đó, nhiệt độ của mẫu trễ hơn so với nhiệt độ lò. Tốc độ gia nhiệt càng cao, nhiệt độ lò tăng càng nhanh, làm tăng 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 cho các điểm nóng chảy chỉ có thể so sánh với nhau nếu chúng được thực hiện với cùng tốc độ.

Hành vi nhiệt độ của mẫu và lò

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 nóng chảy, nhiệt độ của cả mẫu và lò đều giống hệt nhau; nhiệt độ lò và mẫu được cân bằng nhiệt trước. Nhiệt độ mẫu tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ lò. Chúng ta phải nhớ rằng nhiệt độ mẫu tăng với độ trễ ngắn gây ra bởi thời gian cần thiết để truyền nhiệt từ lò nung sang mẫu. Trong khi gia nhiệt, 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 T A và T C được xác định bởi các giai đoạn quá trình nóng chảy tương ứng: điểm sụp đổ và điểm rõ ràng. Nhiệt độ mẫu bên trong mao quản tăng lên đáng kể sau khi mẫu nóng chảy hoàn toàn. Nó tăng song song với nhiệt độ lò cho thấy độ trễ tương tự như lúc ban đầu.

MP dược điển so với MP nhiệt động

Có hai chế độ đánh giá điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy dược điển 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 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 lực học, thu được bằng cách trừ đi tích toán học của hệ số nhiệt động lực học 'f' và căn bậc hai của tốc độ gia nhiệt từ điểm nóng chảy dược điển. Yếu tố nhiệt động lực học là một yếu tố cụ thể của thiết bị được xác định theo kinh nghiệm. Điểm nóng chảy nhiệt động lực học 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 các điểm nóng chảy của các chất khác nhau một cách độc lập với thiết lập thí nghiệm.

Tăng nhiệt độ của mẫu và lò

Điểm nóng chảy dược điển so với điểm nóng chảy nhiệt động lực học

10. Đo điểm nóng chảy – Mẹo và gợi ý

• Các mẫu có màu hoặc bị phân hủy (azo benzen, kali dicromat, cadmium iodua) hoặc các mẫu có xu hướng bao gồm bọt khí khi tan chảy (urê) có thể yêu cầu hạ thấp giá trị ngưỡng B hoặc sử dụng giá trị C làm tiêu chí đánh giá vì sự gia tăng truyền dẫn sẽ không quá cao trong quá trình nóng chảy.
• Các mẫu phân hủy (đường) hoặc thăng hoa (caffein): Bịt kín mao quản bằng ngọn lửa. Các thành phần dễ bay hơi tạo ra áp suất quá mức bên trong mao quản kín, ức chế quá trình phân hủy hoặc thăng hoa tiếp theo.
• Mẫu thủy phân : Bịt kín mao quản bằng ngọn lửa.
• Tốc độ gia nhiệt: Thường là 1 °C/phút. Để có độ chính xác cao nhất và các mẫu không bị phân hủy, hãy sử dụng 0,2 °C/phút. Với các chất dễ phân hủy, 5°C/phút; đối với phép đo thăm dò 10 °C/phút.
• Nhiệt độ bắt đầu: 3 - 5 phút trước, tương ứng thấp hơn 5 – 10 °C, điểm nóng chảy dự kiến (gấp 3 - 5 lần tốc độ gia nhiệt).
• Nhiệt độ cuối: Đường cong đo thành công yêu cầu nhiệt độ cuối xấp xỉ. cao hơn 5°C so với sự kiện 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 đúng : Mẫu được điều tra phải khô hoàn toàn, đồng nhất và ở dạng bột. Mẫu ẩm phải được làm khô trước. Mẫu kết tinh thô và mẫu không đồng nhất được nghiền mịn trong cối. Để đảm bảo các kết quả có thể so sánh được, điều quan trọng là phải đổ đầy tất cả các ống mao dẫn đến cùng một độ cao và nén chặt chất trong các mao quản.
• Nên sử dụng các mao quản có 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 như các mao quản của METTLER TOLEDO, được khuyến nghị. Nếu sử dụng các ống mao dẫn khác, thì thiết bị phải được hiệu chuẩn và, nếu cần, điều chỉnh bằng các ống mao dẫn này.

Bạn có muốn câu hỏi cá nhân của bạn được trả lời?

11. Ảnh hưởng của tạp chất đến điểm nóng chảy – Sự suy giảm điểm nóng chảy

Sự suy giảm điểm nóng chảy là hiện tượng giảm điểm nóng chảy của vật liệu bị ô nhiễm, không tinh khiết so với vật liệu tinh khiết. Lý do là sự nhiễm bẩn làm suy yếu lực mạng tinh thể trong mẫu tinh thể rắn. Tóm lại, cần ít năng lượng hơn để phá vỡ lực hấp dẫn và phá hủy cấu trúc tinh thể.

Do đó, điểm nóng chảy là một chỉ số hữu ích về độ tinh khiết vì có sự hạ thấp và mở rộng chung của phạm vi nóng chảy khi tạp chất tăng lên.

12. Xác định điểm nóng chảy hỗn hợp

Nếu hai chất nóng chảy ở cùng nhiệt độ, phép xác định điểm nóng chảy hỗn hợp có thể cho biết liệu chúng có phải là một và cùng một chất hay không. Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp hai thành phần thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của một trong hai thành phần nguyên chất. Hành vi này được gọi là trầm cảm điểm nóng chảy.

Để xác định điểm nóng chảy hỗn hợp, mẫu được trộn với chất chuẩn theo tỷ lệ 1:1. Bất cứ khi nào điểm nóng chảy của mẫu bị giảm do trộn với chất đối chiếu, hai chất không thể giống hệt nhau. Nếu điểm nóng chảy của hỗn hợp không giảm, mẫu giống hệt với chất tham chiếu đã được thêm vào.

Thông thường, ba điểm nóng chảy được xác định: mẫu, đối chứng và tỷ lệ trộn 1:1 của mẫu và đối chứng. Kỹ thuật đo điểm nóng chảy hỗn hợp là một lý do quan trọng giải thích tại sao tất cả các máy đo điểm nóng chảy chất lượng cao đều chứa ít nhất ba ống mao dẫn trong các khối gia nhiệt của chúng.