Как происходит микроопределение температуры плавления?

 

Аналитическое использование микроскопа долгое время было ограничено изучением металлов (металлография) и минералов (петрография) с некоторым применением к неорганическим соединениям.

Основы определения поведения вещества при нагревании под микроскопом были заложены О. Lehman еще в 1891 г., когда последний обратил внимание на тот факт, что кристаллизация органического соединения из его расплавлевной массы является характерной для данного вещества.

Lehman перечислил ряд свойств, которые могут быть определены на кристаллах в расплавленном веществе, и рассмотрел ценность этого метода для изучения фазовых диаграмм систем, состоящих из одного или двух компонентов.

L. и A. Kofler уточнили эти методы для бинарных систем, а также применили их для идентификации органических веществ.

В процессе нагревания и охлаждения вещества под микроскопом можно наблюдать различные изменения, которые могут быть использованы для характеристики вещества. Ряд явлений, сопутствующих нагреванию и представляющих интерес для аналитика, приведен в табл. 4.

Таблица 4

082_01

{mosimage}

Определение оптико-кристаллографических свойств веществ содержит значительный резерв показателей, однако-проведение таких анализов требует специальной подготовки и здесь не излагается.

Микроопределение температуры плавления по Кофлеру

L. Kofler с сотрудниками предложили проводить определение температуры плавления под микроскопом, столик которого представляет собой нагревательный блок. Этот способ, чаще известный как метод Кофлера, является в настоящее время общепризнанным и широко применяется в анализе органических лекарственных веществ.

Датская фармакопея 1948 г. была первой фармакопеей, рекомендовавшей использовать микроопределение температуры плавления под микроскопом. Впоследствии Чехословацкая фармакопея II также описала этот метод для фармакопейного анализа. Наконец, Австрийская фармакопея

082_02

{mosimage}

 

IX приводит определение подлинности органических веществ, основанное на определении температуры плавления. Приложение «Определение интервала плавления, точки плавления и определение подлинности веществ, упомянутых в фармакопее, по методу Кофлера» включено во Второе издание Международной фармакопеи .

Прибор, приведенный на рис. 11, позволяет проводить наблюдения в проходящем свете. Температуру определяют при помощи термометра, калиброванного для этого прибора; таким образом могут быть получены «исправленные» показания.

Блок Крфлера состоит из нагревательного элемента, сделанного из сплава алюминия в виде круглой тонкой пластинки диаметром около 100 мм и толщиной около 25 мм. Пластинка окружена кольцом из металла, выступающим на 5-б мм над поверхностью нагревательного элемента. Во время определения на этом кольце находится круглор стекло с диаметром около 120 мм и толщиной 3-4 мм, которое изолирует теплоту для анализируемого вещества и в то же время защищает объектив микроскопа от нагревания.

В середине нагревательного блока имеется круглое отверстие диаметром 1-2 мм. Отверстие оканчивается в виде конуса к основанию блока, что делает возможным наблюдать вещество под микроскопом в проходящем свете. Анализируемое вещество помещают на пластинку размером 25X40 мм и накрывают обычным покровным стеклом. Затем помещают изолирующее стекло и переносят нагревательный блок на столик микроскопа с увеличением от 60X до ЮОХ. В блок вставлен термометр со шкалой от 20 до 350° и нагревательная спираль, соединенная с реостатом. Реостат имеет две шкалы регулирования. Первая шкала, которая используется при обычном определении температуры плавления и при определении эвтектической температуры, обеспечивает повышение температуры в блоке 4° в минуту, если холодный блок нагревать с серией сопротивлений, соответствующих данному показанию. Вторая шкала, имеющаяся в новых моделях прибора, используется для определения «равновесной» температуры плавления, так как обеспечивает более медленное возрастание температуры в блоке.

Приборы для определения температуры плавления обеспечивают высокую точность, если они тщательно прокалиброваны. Вначале определяют зависимость между напряжением тока и возрастанием температуры блока. Затем в случае нового прибора или если прибор не использовался долгое время, рекомендуют проверять показания термометра по так называемым тест-веществам, имеющим четкую температуру плавления. Для этой цели могут быть использованы азобензол - 68°, бензил - 95°, ацетанилид-115°, фенацетин t- 135°, бензанилид-163°, салофен-190°, сахарин- 228° (данные по Kofler). Отдельные случайные отклонения от приведенных показаний не более 1° в ту или иную сторону обычно распределяются линейно по всей температурной области, что дает возможность вносить необходимые поправки.

Существуют два способа определения температуры плавления под микроскопом. По способу «going through» наблюдают поведение вещества при постоянном увеличении температуры до полного плавления вещества. Отмечают температуру начала плавления, на что указывает изменение (округление) формы кристаллов, и температуру, при которой плавятся последние кристаллы. Таким образом определяется интервал плавления.

По способу «равновесия» (equilibrium) определяют температуру, при которой существует равновесие между жидкой расплавленной фазой и кристаллами твердого вещества.

В случае веществ, устойчивых к нагреванию, величины температур плавления, полученные двумя способами, существенно не отличаются. В фармакопейном анализе обычно используется метод «going through».

Методика определения интервала температуры плавления

Небольшое количество мелко измельченного вещества, от 0,1 до 0,01 мг, помещают на стекло, накрывают покровным стеклом и помещают под микроскоп. Следует обращать внимание на то, чтобы покровное стекло, насколько это возможно, прилегало к стеклу с испытуемым веществом, а также на положение изолирующей стеклянной пластинки. Предварительного высушивания вещества, как правило, не требуется. Находят под микроскопом наиболее удобное место для наблюдения за веществом и начинают повышать температуру блока, используя для этого реостат. Температуру регулируют таким образом, чтобы она повышалась со скоростью 4° в минуту.

Ведут постоянное наблюдение за препаратом, так как различные примеси могут изменить значение показаний. Отмечают начальную и конечную температуру плавления. Для получения воспроизводимых результатов рекомендуют отмечать температуру, при которой исчезают последние кристаллы. Обычное отклонение в полученной температуре плавления может составлять ±2°.

По способу «равновесия» испытуемое вещество используют в больших количествах, от 0,1 до 1 мг, и ее измельчают слишком тонко, чтобы вещество плавилось медленно и чтобы иметь возможность наблюдать рост и плавление кристаллов. Техника опыта аналогична таковой по способу определения интервала плавления. Состояние равновесия достигается медленным нагреванием блока на незначительную величину выше температуры плавления за счет дополнительных сопротивлений. Затем температуру уменьшают и дают возможность расплавленному веществу кристаллизоваться. Вещество на блоке, нагретом ниже температуры плавления, нагревают при скорости подъема 1⁰ в минуту до тех пор, пока кристаллы частично расплавятся. Опять уменьшают температуру до начала кристаллизации. Нагревание начинают снова как раз перед тем, как кристаллы начнут расти и в то же время нагревание прекращают, когда кристаллы начнут плавиться. Равновесная температура плавления определяется как средняя температура интервала, в котором происходят рост и плавление кристаллов.

Вещества, плавящиеся с разложением, естественно, не могут анализироваться по способу «равновесия».

 

26.05.2015