Bestimmung der Schmelztemperatur

Physikalische Hintergründe

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der eine feste Substanz mit ihrer Schmelze im Gleichgewicht steht. Eine scharfe Schmelztemperatur ist nur bei extrem reinen Substanzen messbar. Mit den üblichen Methoden kann bei sorgfältiger Arbeitsweise die Schmelztemperatur bis auf einige zehntel Grad genau bestimmt werden. Bei Gemischen aus mehreren Stoffen beobachtet man in der Regel eine Schmelzpunkterniedrigung. Diesen Effekt macht man sich zum Beispiel im Winter durch das Streuen von Salz zur Glättevermeidung auf den Straßen zunutze. Für die Analytik bedeutet dies, dass möglicherweise eine Verunreinigung vorliegt, wenn eine zu niedrige Schmelztemperatur festgestellt wird. Denn selbst kleine Verunreinigun gen, auch solche durch höher schmelzende Stoffe, verursachen in der Regel eine Absenkung der Schmelztemperatur. Meist beobachtet man auch ein größeres Schmelzintervall, also eine "unscharfe" Schmelztemperatur.

Viele organische Verbindungen schmelzen unter Zersetzung. Diese Zersetzungstemperatur ist meist unscharf und abhängig von der Erhitzungsgeschwindigkeit: Je schneller die Temperaturerhöhung, desto höher die Zersetzungstemperatur. Die Reproduzierbarkeit solcher Versuche kann problematisch sein und ist von der exakten Einhaltung aller relevanten Parameter abhängig.

Methoden, Geräte und Fehlerquellen

Die übliche Vorgehensweise zur Bestimmung der Schmelztemperatur ist die Kapillarmethode nach Ph. Eur. 2.2.14 oder die Instrumentelle Methode nach Ph. Eur. 2.2.60. Sehr wichtig ist eine sorg fältige Aufbereitung der Probe: Die Substanz muss fein pulverisiert und entsprechend getrocknet werden (24 h im Vakuum über Silicagel R). Die vorbereitete Probe "wird so in die Glaskapillare eingefüllt, dass eine 4 bis 6 mm hohe, kompakte Säule entsteht". Eine gute Verdichtung der Probe kann erzielt werden, indem man die befüllte Kapillare mit dem geschlossenen Ende nach unten durch ein dünnes, 20 bis 40 cm langes Rohr fallen lässt, das auf einer harten Oberfläche steht.

Weiterhin wichtig ist eine langsame Aufheiz geschwindigkeit. Das Europäische Arzneibuch gibt ab einer Temperatur, die 10 °C unterhalb der zu er wartenden Schmelztemperatur liegt, eine Heizrate von 1 °C pro Minute an. Wenn sich die Temperatur 5 °C unterhalb der zu erwartenden Schmelztemperatur befindet, wird die Glaskapillare in die Apparatur eingeführt. Abgelesen wird die Temperatur, wenn das letzte feste Teilchen in die flüssige Phase übergeht.

Vollautomatische Geräte zur Schmelztemperaturbestimmung arbeiten entweder mit Lichttransmission oder -reflexion durch die mit der Probe befüllte Kapillare. Die Probe wird nach einem aus gewählten Programm erhitzt und die Schmelz temperatur von einem opto-elektronischen System selbstständig gemessen. Empfehlenswert sind Apparaturen, die zusätzlich auch eine manuelle Bestimmung der Schmelztemperatur, also ein visuelles Ermitteln der Schmelztemperatur durch den Prüfenden ermöglichen, da insbesondere bei Substanzen, die unter Zersetzung schmelzen, das automatische Ablesen oft erschwert ist.

Geräte zur Bestimmung der Schmelztemperatur müssen regelmäßig mit Schmelzpunkt-Referenzsubstanzen wie denen der WHO oder anderen geeigneten Substanzen kalibriert werden. Oft bieten die Hersteller dies als Dienstleistung an.

DAZ 2011, Nr. 48, S. 100