Schmelzpunktbestimmung in Apotheken, Industrie & Labor
Die Schmelzpunktbestimmung zählt zu den ältesten und zuverlässigsten Analyseverfahren. Es zeigt präzise an, bei welcher Temperatur eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Denn diese Transformation verändert grundlegende Eigenschaften wie Dichte, Viskosität oder optisches Verhalten.
Als stoffspezifischer Parameter ist der Schmelzpunkt ein zentrales Qualitätsmerkmal. Traditionelle Heizbad‑Methoden arbeiten mit temperierten Glasgefäßen, weisen jedoch hohe Streuungen und Temperaturdifferenzen von über 1 °C zwischen Bad und Probe auf.
Moderne Systeme, wie die KRÜSS Optronic Messgeräte setzen daher auf die offene Kapillarmethode und hochpräzise Metallheizblöcke. Das M5000 Modell nutzt zusätzlich die Änderung der Lichtdurchlässigkeit und liefert vollautomatisch reproduzierbare Ergebnisse mit 0,1 °C Auflösung im Bereich von 25–400 °C.
Für reproduzierbare Messungen sollten Definitionen der Schmelztemperatur, Art der Messung und Methode verstanden werden.
Inhalt
Schmelzpunkt vs. Schmelzbereich
Im Idealfall haben reine Substanzen einen festen Schmelzpunkt. In der Praxis jedoch besitzen selbst Reinstsubstanzen einen Schmelzbereich. Hinzukommen Verunreinigung, Art der Probe, verschiedene Herstellungs- und Bestimmungsmethoden sowie messgerätespezifische Einflüsse. All dies hat Einfluss auf den erhobenen Messwert. Bei Gemischen aus mehreren Stoffen wird in der Regel eine Schmelzpunkterniedrigung beobachtet.
Halb- und vollautomatische Messung
Mit unseren M3000 und M5000-Geräten können pulvrige Substanzen halb- oder vollautomatisch sowie mit präzise regulierter – dennoch variabler – Heizrate untersucht werden. Mit dem M3000-Gerät erfolgt die Messung mittels Beobachtungsoptik als visuelle Messung. Beim M5000-Gerät erfolgt eine Transmissionsmessung und der Schmelzvorgang wird vollautomatisch detektiert.
Messung Konventionsmethode
Unterschiedliche Messmethoden und Auswerteformen liefern unterschiedliche Schmelztemperaturen. Für die Vergleichbarkeit von Messwerten ist es wichtig, die Messmethode zu benennen. Die Bestimmung des Schmelzpunktes, besser bekannt als die Bestimmung der Schmelztemperatur, ist eine Konventionsmethode. Sie unterliegt daher Absprachen und normativen Regeln.
Bestimmung der Schmelztemperatur
Messmethode: Die Probe wird in feine Kapillare gebracht. Die Starttemperatur sollte ca. 5°C unterhalb der zu erwartenden Schmelztemperatur betragen, denn die thermische Vorbelastung hat Einfluss auf das Resultat (Konventionsmethode). Standardmäßig erfolgt die Analyse mit einer Standardaufheizrate von 1°C /Minute.
Wird eine kristalline Probe erwärmt, führt die zugeführte Energie zu Veränderung der kristallinen Gitterstrukturen. Die Bindungen der Partikel im Gitter lösen sich, die vormals feste Substanz schmilzt.
Pulverförmige kristalline Stoffe sind im kristallinen Zustand opak und im flüssigen Zustand transparent. Dieser deutliche Unterschied in den optischen Eigenschaften kann zur Bestimmung des Schmelzpunktes herangezogen werden.
Die Phasen eines Schmelzprozesses
In Abhängigkeit von der einwirkenden Temperatur gibt es in der Regel drei Phasen eines Schmelzprozesses:
- Zerfall – Beginn der Verflüssigung
- Miniskuspunkt – Die flüssige Phase überwiegt
- Klarpunkt – die Kristalle sind vollkommen geschmolzen, die Substanz liegt vollkommen als Flüssigphase vor
Wann ist die Schmelztemperatur erreicht?
Die USP (US Pharmacopeia) definiert die Schmelztemperatur als den Endpunkt der Schmelze, wenn alle Kristalle geschmolzen sind. Dies ist jedoch nur gültig, wenn die Temperaturmessung in der Probe stattfinden kann. Mit den üblichen modernen Methoden kann die Schmelztemperatur bis auf einige zehntel Grad genau, indirekt über den Heizblock, bestimmt werden.
Bei unseren Geräten kann das Ergebnis mit einer Genauigkeit von 0,3 – 0,5 °C (je nach Messbereich) abgelesen werden. Da aber ein Temperaturgradient* zwischen Heizblock und Probe herrscht, wird konventionsgemäß der Miniskuspunkt als Schmelztemperatur herangezogen.
Ein *Temperaturgradient bezeichnet den Unterschied von Heizblock und Probentemperatur. Beginnt die Probe zu schmelzen, bleibt die Probentemperatur (nicht messbar) trotz weiterer Energiezufuhr durch den Heizblock konstant.
Die Grafik zeigt: Die Heizblocktemperatur steigt im Prozess mit 1°C/min weiter. Dieser Versatz muss bei der Bestimmung des Klarsichtschmelzpunktes berücksichtigt/korrigiert werden. Das M5000-Modell erledigt dies automatisch. Beim M3000-Gerät mit Beobachtungsoptik wird in der Regel der Miniskuspunkt als Endpunkt definiert.
Tipps zur Messung
Nutzen Sie bei Kapillaren möglichst Originalware. Unsere KSPS1010-Kappilare haben einen Außen-Durchmesser von 1,4 mm mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,2 mm und entsprechen damit vollständig den üblichen Normvorgaben.
Nicht geeignete Kapillaren können unter Umständen schneller abbrechen. Sind die Durchmesser zu klein gewählt, werden zudem niedrige Schmelztemperaturen suggeriert.
- Befüllen Sie die Kapillaren bis ca. 4 mm. Durch Klopfen kann eine Verdichtung erreicht werden. Je nach Probenart ist auch die Verdichtung mittels Stopfdraht zu empfehlen.
Hinweis: Nur homogenes, pulverförmiges und ausreichend verdichtetes Probenmaterial gewährleistet reproduzierbare Messungen - Vor dem Einführen in die Kapillaraufnahme sollte jede Kapillare von außen anhaftenden Substanzen gereinigt werden. Diese können im Ofen verbrennen und die Optik beeinträchtigen oder die Kapillaraufnahme verschmutzen.
- Beginnen Sie die Messung möglichst 4-5°C unterhalb des zu erwartenden Messwertes. Die Optionen der Schnellaufheizung des Gerätes optimiert dem Anwender die Wartezeit bis zum Startwert.
- Arbeiten Sie während der Messung mit einer konstanten Heizrate von 1°C/min (Standardheizrate).
Falls Sie Vorgänge beschleunigen möchten (dies geht häufig auf Kosten der Präzision und Genauigkeit), können auch davon abweichende weitere Heizraten gewählt werden.
Schmelzpunkt-Messung Ringversuch
Probenvorbereitung Schmelzpunktmessung
Lagerung der Probe
Die Probe sollte dunkel und trocken gelagert werden, da Feuchtigkeit den Schmelzpunkt senken kann; je nach Substanz gelten unterschiedliche Trocknungsvorgaben. Wir empfehlen die Trocknung im Vakuumexsikkator über Kieselgel oder die 24‑stündige Lagerung im Trockenschrank.
Thermische Vorbelastung
Wird bei unbekannten Proben der Startpunkt viel zu niedrig gewählt, kann die thermische Vorbelastung die Messunsicherheit erhöhen; in diesen Fällen sind Wiederholungsmessungen mit schrittweiser Eingrenzung des Startpunkts nötig. Dies gilt auch bei Abweichungen von der Standard‑Heizrate.
Alter der Probe
Die richtige Verdichtung und Korngröße der Probe ist entscheidend für reproduzierbare Messungen. Proben können altern, sich zersetzen, oxidieren oder Feuchte einlagern, was den Schmelzpunkt verändert. Es ist ratsam, Proben mit Zertifikaten zu nutzen, diese geben den Nutzungszeitraum nach Anbruch vor.
Typische Anwendungsbereiche
Der Schmelzpunkt ist die am häufigsten bestimmte thermische Kennzahl zur Charakterisierung kristalliner Feststoffe. Die Schmelzpunkt-Bestimmung wird in verschiedenen Branchen in der Forschung sowie der Qualitätskontrolle verwendet.
Der Schmelzpunkt wird häufig zur Charakterisierung organischer und anorganischer kristalliner Verbindungen sowie zur Bestimmung ihrer Reinheit gemessen. Häufig ist der Schmelzpunkt auch Ausgangs- und Bezugsgröße für weitere Analysen.
Schmelzpunktmessgeräte werden in Laboren der Chemie-, Öl-, Fett- und Lebensmittelindustrie, in Krankenhäusern, Apotheken und Untersuchungsämtern sowie in Forschung und Lehre eingesetzt.
Informieren Sie sich gerne: Unsere Tabelle im Download enthält die Schmelztemperaturen, der in Monographien der Ph. Eur., des DAB und DAC beschriebenen Stoffe. Diese Übersicht dient als Überblick. Welche Geräte passend sind, können wir gerne in einer persönlichen Beratung besprechen.
Schmelztemperaturen (DAC-Anlage)
Normen und Richtlinien
Die Apothekenbetriebsordnung (ApBetrO) in § 6 schreibt zwingend vor, dass in der Apotheke bei jedem Bezug von Ausgangsstoffen die Identität nachzuweisen ist. Die Bestimmung der Schmelztemperatur ist hier von großer Bedeutung.
Das M5000-Modell nutzt die offene Kapillarmethode, die den Vorgaben des Deutschen Arzneibuchs, des Europäischen Arzneibuchs (Pharmacopoea Europaea, Ph. Eur.) sowie des Amerikanischen Arzneibuchs (United States Pharmacopeia, USP) vollständig entspricht.
Im Europäischen Arzneibuch ist die offene Kapillarmethode als standardisiertes Verfahren zur Bestimmung des Schmelzpunktes beschrieben. In etwa einem Viertel der Monographien des Europäischen Arzneibuchs (Ph. Eur. 4.00 und Nachträge), des Deutschen Arzneibuchs (DAB 2002) und des Deutschen Arzneimittel‑Codex (DAC) wird sie als Bestandteil der Identitätsprüfung oder zur Bestimmung physikalischer Stoffeigenschaften eingesetzt.
Für die Erfüllung von Anforderungen an die Überprüfbarkeit und Rückverfolgbarkeit der Ergebnisse haben wir vorgefertigte Standards und Referenzmaterialien. Der Einsatz dieser Standards liefert zuverlässige Analyseergebnisse und reduziert den Aufwand Ihrer Validierung im Labor.
Ph. Eur. 9.1 Schmelzpunktmessung Kommentar
Justierung und Kalibrierung
Geräte zur Bestimmung der Schmelztemperatur müssen regelmäßig mit Schmelzpunkt-Referenzsubstanzen wie denen der WHO oder anderen geeigneten Substanzen kalibriert werden.
Unsere Geräte sind werksseitig mit Referenzsubstanzen der WHO justiert und kalibriert. Unsere Standards (Vanillin, Phenacetin, Sulfanilamid, Koffein) empfehlen wir auch zur Routineprüfung durch den Anwender.
Eine Kalibrierung sollte in regelmäßigen Abständen erfolgen. Je nach Anforderung kann dies 1x monatlich bis 1x jährlich betragen.
Sollten Abweichungen auch bei Wiederholungsmessungen auftreten, ist eine Justierung notwendig. Diese kann durch den Anwender – menügeführt erfolgen. Je nach Art der Abweichung stehen drei verschieden Justiervarianten zur Verfügung.
Wir bieten Justierungen und anschließende Kalibrierungen auch als Dienstleistung in unserem Werk oder am Kundenstandort an.
Kontaktieren Sie uns gern, wenn Sie mehr Beratung benötigen.
How to Use – Praxisvideos von Experten
Der M3000 ist Ihr Effizienz‑Boost: drei Proben gleichzeitig, schnelle Kühlung und flexible Heizraten für maximale Produktivität.
Der M5000 setzt die Benchmark – vollautomatisch, hochpräzise bis 400 °C und mit intelligenter optischer Detektion. Die Transmissionsmessung steht für absolut verlässliche, objektive Messergebnisse bei minimalem Aufwand.
https://www.youtube.com/watch?v=Byi5QG4j15M