背景：

   MP (Melt Piont)熔點的定義是物質從固態變為液態的溫度；在純結晶物質熔化過程中，注入此物質的所有能量都以熔化熱的形式消耗掉，此時物質本體溫度保持恒定，直至所有物質由固相融化為液相（即完成熔化過程）。物質熔化是一個高度可控過程，物質熔點是一個可以高精度標定的參數。

純結晶物質的熔點清晰且明確。我們可以在化學專業網站或官方藥典內方便的查詢到。

對于物質的熔點檢測與分析是檢驗物質純度最古老的鑒定和測試方法之一，因為少量的雜質也會改變熔點，或至少明顯地擴大其熔點范圍。

熔點檢測儀的樣品制備與儀器操作簡便，設備價格與耗材成本低廉，測試結果準確且重復性高，這諸多優勢使其廣泛應用于：

• 制藥行業：

• 化學與化工

• 橡膠與輪胎

• 等等

美國SRS公司OptiMelt全自動熔點儀

美國SRS公司OptiMelt全自動熔點儀以其測試結果準確，穩定，使用方便且用戶界面友好等優點為廣大用戶所喜愛，今天就從OptiMelt用戶界面友好以及操作技巧兩個方面做一個小小的總結：

圖1. 美國SRS公司OptiMelt全自動熔點儀

一、OptiMelt以用戶界面友好的全自動檢測。

• 用戶只需在觸摸屏上選擇起始溫度，溫度梯度，終止溫度等參數后，按下開始鍵，OptiMelt即可自動開始測試，并利用內置的高清數碼相機采集實時圖像，并通過內置程序自動檢測熔融狀態，

• 用戶還可同時利用帶放大鏡的目視窗口觀察當前熔融狀態，并可隨時按觸摸屏增加多至6個的個性標注點

• 圖形化軟件界面，所有帶時間軸與標注點的圖像可后期調用，以便檢驗與備查。

• 內置未用毛細管和已用毛細管儲槽（如圖）避免混雜。

• 到達起始溫度聲光提示插入毛細管，到達終止溫度聲光提示終了狀態

圖2. 美國SRS公司OptiMelt全自動熔點儀軟件操作界面

二、如何利用OptiMelt自動化熔點檢測儀準確的檢測熔點

1.樣品制備：

 任何被裝入熔點毛細管的物質必須:

潮濕的樣品建議先干燥，比如在有P2O5（五氧化二磷）干燥劑的干燥皿中靜置48小時。

優質樣品呈細粉末形式，好處一是可以使得熱傳導均勻且迅速，好處二是具備更高更均勻的反射率便于設備相機準確辨別溶解狀態。所以粗晶和非均質樣品必須在研缽中粉碎成細粉末。建議使用瑪瑙、玻璃或氧化鋁研缽和杵。

圖3. 干燥的樣品也需要精細的研磨

要將粉末樣品裝入毛細管，只需從毛細管開口的一端輕輕壓入樣品幾次。然后翻轉毛細管在堅硬表面上輕敲幾次(首選方法),使得樣品自動落在毛細管底部。或者，可使用設備自帶的細鐵絲（通條）插入毛細管進一步壓實樣品，提高測量的重復性。

圖4. 將樣品壓入毛細管，輕敲底部，或者用通條壓實

為了獲得最佳測量結果和重復性，建議樣品高度在2.0mm至3.0mm之間，樣品高度過高會由于樣品量過多而需要額外的加熱量，過低會由于樣品量不足反而加大熔化溫度變化范圍。

如果您的樣品是吸濕性的，或會在高溫下升華，在填充樣品后毛細管的開口端建議熔融密封。吸濕性樣品在兩次試驗之間必須存放在干燥皿中。這點在潮濕的環境中或雨天尤為重要。

2. 毛細管的使用注意事項

圖5. 毛細管插入管槽后會自由滑落到底部

將包含樣品的毛細管插入SRS公司OptiMelt熔點測試儀頂部的樣品加熱槽中。加熱槽最多可同時容納三根毛細管。由于每根毛細管都是一個熱載荷，為了提高測試結果的重復性，即使某毛細管沒有填充樣品，也建議插滿三根管。或者三根毛細管中填充相同的物質并取其熔點溫度平均值，這是提高熔點檢測準確度與重復性最快捷和最簡單的方法。

提示：

• 通常認為，在將毛細管插入加熱架之前，用干凈的布擦拭其外表面是一種良好的做法。隨著時間的推移，灰塵會積聚在加熱塊的玻璃觀察窗上，降低熔融的整體能見度，所以也建議定期擦拭。

• 用通條過于緊密壓實毛細管內樣品也不太好，往往會導致在熔化過程中形成過多的氣泡，從而影響對彎月面和澄清點的正確檢測。

• 大多數藥典清單推薦了熔點樣品的干燥程序和經認證的參考標準，請注意查詢與參考。

• 在將任何毛細管放入樣品槽之前，確保OptiMelt熔點分析儀已接電和設置初始溫度低于樣品預期熔點溫度。

• 使用同一批毛細管進行校準和常規測量，以確保結果的重復性。不是所有的毛細血管能保持良好的一致性，請選用可信賴的商品。

圖6. 商品毛細管

• 標準的OptiMelt熔點分析儀包括一小罐專門設計的毛細管:(1)適合OptiMelt熔點分析儀加熱支架，(2)提供最均勻和可再現的結果。替換毛細管可以直接從SRS或SRS官網指定代理商購買。

• 千萬不要將毛細管強行放入加熱槽中!一旦毛細血管插入樣品孔中，它就會自行滑落到支架的底部。

• 有些化學家更喜歡自己制造的毛細管。為了獲得準確和可重復的結果，一般不建議自制。強烈建議使用嚴格控制制造公差的商品毛細管。

• 為了精確測量，建議嚴格遵守2mm至3mm的最佳填充高度。

• 在可能的情況下，使用通條將毛細管底部的樣品輕輕壓實。從SRS購買的每包毛細管都包含一根通條。

• 如果你必須自己制作毛細管，請確保用含中性洗滌劑的稀釋溶液清洗玻璃管內部，然后用稀釋(10%)鹽酸沖洗，最后用蒸餾水徹底沖洗。因為毛細管內表面殘留的堿性物質是導致低熔點和寬熔化范圍的主要原因之一。而采購可信賴的商品毛細管一般不需要考慮預清洗環節。

3. 儀器設置：

圖7. 小型鋁制加熱爐

除了適當的樣品制備外，仔細選擇儀器設置對于準確和可再現性的熔點測定也是必不可少的。

熔點儀器的現代趨勢是小型鋁制加熱爐。小型加熱爐最大限度地減少了過沖，這使得操作者可以將初始溫度設置得更接近熔化溫度，從而減少了分析時間。一個典型的加熱爐可以容納三根毛細管，三根管子周圍的熱質量非常接近。在熔化過程中，三根毛細管之間的偏差通常低至0.02ºC到0.1ºC(取決于設定溫度)。

小型加熱爐的主要優點是沒有過沖。這使您可以將起始溫度設置在低于化合物預期熔點的<5°C，其可以快速加熱和冷卻，并允許僅持續2至3分鐘的測定。

幾乎每一種現代熔點分析儀器都遵循藥典標準熔點測定程序，包括四個基本步驟:

圖8. 一個完整的測試流程

步驟一、加熱爐迅速預熱到用戶指定的起始溫度，選擇起始溫度僅比樣品的預期熔點低幾攝氏度。

步驟二、一旦溫度穩定，將多達三個樣品毛細血管插入加熱爐中，在溫度穩定后，立即啟動加熱斜坡。

步驟三、樣品的溫度繼續以用戶指定的升溫速率上升，直到達到用戶指定的停止溫度。

在此期間，自動或同時目視觀察的熔點、熔化溫度范圍和其他熱相關過程被記錄下來。

步驟四、熔化過程完畢后，建議將毛細管與樣品一并丟棄，不再考慮清洗并重復利用，加熱爐迅速冷卻回起始溫度，為新的測定做準備。

正確選擇起始溫度、加熱斜坡和停止溫度是絕對必要的，以防止由于不正確或過快的樣品加熱而導致的結果不準確。

1）起始溫度（OptiMelt熔點分析儀范圍：30℃-400℃）

這是樣品毛細管被放置加熱架時的溫度，并作為加熱斜坡的起始溫度。起始溫度通常設定在物質的預期熔點溫度以下5°C至10°C。

提示：

• 起始溫度必須至少高于環境溫度10°C，以確保穩定。

圖9. 在面板上設置起始，終了溫度，加熱斜坡速率

2）加熱斜坡速率

（OptiMelt熔點分析儀范圍：0.1-20℃/分鐘）

這是加熱斜坡開始溫度和最終溫度之間的固定溫升速率。用戶可調斜坡率是現代自動化熔點儀器的必備功能。

加熱斜坡是影響熔點測定精度的最重要的儀器參數。

由于熔點溫度不是在物質內部直接測量的，而是在毛細管外部(即在加熱爐內部)測量的，我們知道，在樣品完全熔化之前，純熔融物質的溫度保持恒定。然而，在這段時間內，加熱爐仍然在根據您所選擇的加熱速率繼續升溫(即熱滯后)。也就是說儀器當前顯示的溫度并不真正對應于熔化物質的確切熔點溫度，而是對應于當前加熱爐的溫度。因此，加熱爐溫度上升得越快，測得的熔點與真實熔點之間的差值就越大。就此問題，一些熔點檢測儀(如SRS 公司OptiMelt)可以依據藥典做溫度讀數的校正與補償，以便可以報告純物質的“真正熱力學”熔點。

注意：

誤用過快的加熱斜坡速率是熔點測量不準確的主要原因。

對于常規測定，加熱速率建議2°C/min或以下。較高的速率只推薦用于熔點未知的物質的快速測定。做樣品純度測定和熔點精確測量建議設置在≈0.5°C/min或以下，如果可接受較長實驗時間，可以考慮保持在0.1至0.2°C/min.的加熱斜坡速率。還有某些特殊情況，比如樣品在低于物理熔點的溫度下已經開始化學分解了，此時通常設置高于5°C/min的高加熱斜坡速率，以盡量規避樣品分解副產物帶來的污染。混合熔點測定甚至可以在加熱斜坡高達10°C/min的情況下進行。

提示：

• 根據大多數藥典建議，熔點記錄中應始終包括：加熱速率、熔點范圍，以便得到可重復的準確結果。

• 進行初步(即快速)熔點測定，迅速升溫(10到20°C/min)，通常可以節省時間。在獲得近似熔點后，以小得多的加熱斜坡進行第二次測定，起始溫度比預期熔點低5°C。第二次測定必須使用新鮮樣品。

終止溫度

（OptiMelt熔點分析儀范圍： [起始溫度+5°C] - 400°C）

這是加熱斜坡終止時的溫度。在達到終止溫度后，請將樣品加毛細管丟棄，而測試結果已經保存并顯示在測試報告中，加熱爐會自動冷卻回起始溫度，為新一輪的測定做準備。

注意：舊樣品不要重新熔化!!總是用潔凈的毛細管開始新的實驗。

4.儀器校準：

 OptiMelt熔點分析儀建議每6個月校準一次。

校準程序非常簡單。測量熔點在75、125和225℃左右的三種認證參考標準物質CRSs的熔點，然后與它們的認證值進行比較。如果兩組數字(測量值與認證值)相互偏離超出了儀器的精度，則必須重新校準加熱塊中的溫度測量值。這一切可通過OptiMelt前面板的操作界面按步驟完成。

 符合認證參考標準的CRS試劑盒(SRS公司產品編碼 Part# O100MPS)可追溯至世衛組織國際藥典標準，可直接從SRS斯坦福研究系統或其代理商處購得，包含如下標定物質：

4. 視覺觀察：

  在熔點測定過程中，毛細血管內的樣品會發生一些明顯的變化。在解釋升溫過程中發生物理和化學變化時的主觀視覺觀察可能是影響熔點結果測試可重復性的一個重要因素。

觀察者應注意以下事件，并記錄它們的溫度，以完善在熔化過程中觀察到的樣品變化的完整記錄。

最初的變化跡象

記錄樣品中最初的變化跡象。早期的變化是由于:

(1)溶劑損失(如果樣品未被良好干燥處理而在加熱時發生的脫水)

(2)結晶狀態變化(萎縮)

(3)開始緩慢分解(變暗或變色)

(4)溶劑在管內最冷點開始冷凝

(5)單個孤立的晶體開始熔化，剛剛開始出現某些孤立的液滴，即Sintering Point熔結點

起熔點OnSet Point

起熔點OnSet Point通常被認為是熔化的“正式”開始;液體首次清晰地作為與晶體共存的獨立相出現。它不能與“熔結點Sintering Point”相混淆，“熔結點Sintering Point”對應的是由于一些晶體表面熔化而產生的某些孤立液滴。

提示：

• 起熔點對應于物質的熔點范圍的低溫端被記錄。

• 美國藥典將起熔點描述為“被測物質柱被觀察到對著試管管壁發生坍塌時的溫度”。這被稱為樣本的崩潰

• 對于依賴于測試樣品整體吸收率或反射率變化的自動化儀器，美國藥典將起熔點描述為“在熔化過程中觀察到第一個檢測信號發生變化的溫度”。

• 依賴于測試樣品整體吸收率或反射率變化的自動化儀器不能很容易地探測到熔化的起熔點。它們通常報告的熔化起始點溫度比肉眼檢測到的溫度要高一點。這是因為儀器檢測到整體吸收率或反射率變化時，樣品的外觀在此之前就已經發生顯著變化。所以檢測整體吸收率或反射率變化確定起熔點會導致熔化溫度范圍的縮小，這在一些分析和品控應用中可能是一個值得關注的問題。

• OptiMelt熔點分析儀可以自動檢測并記錄樣品的起熔點。內置攝像頭對樣品物理外觀的微小變化都很敏感，與肉眼的靈敏度非常接近。用戶可調節閾值(起熔點%)可用于仔細匹配每種物質的起熔點的目視值和自動測量值。

圖10. 操作軟件顯示的OnSet 起熔點

彎月面點Meniscus Point

彎月面點Meniscus Point對應于樣品熔化中的階段，此時液體的彎月面清晰可見;中下部是固相，頂部是清晰的液相，有清晰可見的彎月面。這一點很容易檢測到，除非偶爾有氣泡從下面把未熔化的固體推到表面。

提示：

• 彎月面點通常是歐洲熔點表中列出的熔點溫度和英國藥典方法論的首選值。

• 彎月面點是政府化驗師實驗室（LGC）為每項熔點標準所記錄的三個數值(起熔點、彎月面點及澄清點)之一。為了消除檢測中的主觀性，LGC將彎月面點定義為“可以看到明確的彎月面，并且毛細管中有等量的固體和液體的點”。

• 美國藥典熔點方法(Method <741> of USP25-NF20)沒有特別提到彎月面點。澄清點被認定為一種物質的“熔點”。請注意，這是英國和美國藥典在熔點解釋上的巨大差異。

• SRS OptiMelt熔點分析儀可以自動檢測和記錄樣品的彎月面點。用戶可調閾值(Single %)可匹配彎液面點的視覺和自動記錄。

圖11. 操作軟件顯示的彎月面點Meniscus Point

澄清(或液化)點 Clear Point

澄清(或液化)點 Clear Point對應于完全熔化的階段，在這個階段物質完全變成液體，沒有固體留下(即最后的晶體完成熔化)。

澄清點比起始點更被加熱斜坡速率嚴重影響。一般來說，澄清點隨著斜坡率的增加而增加(見表1)。

表1.非那西丁在不同斜坡速率下的澄清點(OptiMelt系統)。

提示：

• 澄清點記錄對應于記錄物質熔點范圍的高溫端。

• 澄清點通常是熔點表中列出的單一熔點溫度。

• 澄清點是在美國藥典的熔點表中最常見的溫度，也是美國藥典唯一接受的作為物質“單一”熔點的溫度。

• 依靠于整體光學吸收和反射的簡單自動化檢測系統能夠給出與澄清點最相關數字。

• SRS OptiMelt熔點分析儀可以自動檢測和記錄樣品的澄清點。用戶可調整閾值(Clear %)，以匹配澄清點的視覺記錄和自動記錄。

圖12. 操作軟件顯示澄清(或液化)點 Clear Point

樣品變化的其他跡象

在澄清點之前、期間和之后，樣品的任何變化也可以被記錄下來。常見跡象包括:

升華：晶體重新結晶在毛細管的上部管壁上。

分解：樣品在熔化過程中和熔化后出現氣泡或顏色變化。

SRS OptiMelt熔點分析儀的用戶可以利用肉眼觀察圖像，并隨時點擊儀器前面板的左，中，右按鈕記錄對應樣品的個性化記錄點。

圖13. 手工點擊面板按鈕可增加個性化記錄點

熔點范圍Melting Point Range

在動態熔點測量中，永遠不會實現固液相之間的真正平衡，熔點范圍一般被定義為起熔點和澄清點之間的間隔，是一個有價值的固體化合物純度指標。

熔點范圍是在科學論文、標準檢測流程、參考表和熔點標準中最常見的熔點記錄項目。記錄一種物質的整個熔點范圍總是有益處的，特別是對于(1)未知的或新的化合物，(2)不純的樣品，(3)熔點間隔較大的混合物和(4)多形化合物。觀察到的熔點范圍有助于識別該物質，并得出有關其純度和熱穩定性的結論。

記錄固體樣品的熔化范圍[起熔點，澄清點]，以及斜坡速率，是記錄熔點測試結果的首選方法，它比單一數字記錄要可靠得多。

如果必須使用單一數字記錄，請指定是使用澄清點還是彎液面點。

斜坡速率影響熔點范圍記錄，其設置必須始終完全符合GLP規范。

表2.非那西丁在不同斜坡速率下的熔點范圍(SRS OptiMelt熔點分析儀)。

如表格所示，斜坡速率在對于澄清點上的影響遠對起始點上的影響更大。

提示：

• SRS OptiMelt熔點分析儀可以自動檢測和記錄樣品的起熔點和澄清點。用戶可調閾值(起始%，透明度%)可用于匹配兩個點的視覺值和自動值。

• 絕大多數純有機化合物在1.5℃的溫度范圍內熔化，或在加熱速率為0.5ºC/min以下的情況下，在較小的溫度范圍內（≈2℃）熔化。而一些有機混合物（比如氨基酸、酸鹽、胺鹽、碳水化合物等)會在大的多的溫度范圍內熔化。

• 不純的物質(即混合物)會在或大或小的溫度范圍內熔化。

如何出具測試報告

一份完整的熔點報告應包括足夠的信息，以便其他人能夠重現測定結果并比較結果。Carter and Carter (J. Chem. Ed., 72 (1995) 647) 提出了非常有用的報告指南，與現代GLP規范要求兼容。現轉載如下:

♦ 記錄所有儀器設置，特別是加熱速率，以便重現實驗結果或合理地作出調整。

♦ 對于常規熔點范圍，起熔點和澄清點溫度差盡量接近于0.1°C(或最多為0.5°C)。

♦ 對于重要的熔點范圍，如新化合物的熔點范圍，報告記錄起熔點、彎月面點和澄清點應盡量接近于0.1°C。

♦ 如果要在報告中以單一溫度作為熔點(不推薦)，請標明是使用彎月面點還是澄清點。

♦ 使用眾所周知的熔點標準品(即CRS認證參考標準)進行設備校準。

熔點參考表

對于熔點表中關于究竟需要列出什么信息通常存在一些不確定性，特別是在列出物質熔點的單一溫度時。

這種混淆是因為:雖然大多數化學家使用澄清點來記錄樣品的熔點溫度，但其他人更喜歡用彎月面點來記錄。彎月面點通常被認為更接近真實的熱力學值，因為它對應于毛細管中液體和固體共存的狀態。然而，這一假設并沒有真正的熱力學依據。幸運的是，在大多數情況下，兩個數字之間(即澄清點與彎月面點)的差異非常小，并且在大多數測定的公差范圍內。

熔點降低/熔化溫度范圍

在液相狀態不相溶的混合物，會有熔點降低的現象，且會呈現一個熔化的溫度范圍（或間隔），而不是一個明確且尖銳的熔點。

熔點降低的范圍取決于混合物的組成。熔點的降低可用于測定化合物的純度和特性。

經驗法則

1%的外來雜質會導致熔點降低約0.5°C。

這就是為什么記錄熔點范圍是熔點測定的首選報告格式，也是比單一溫度熔點記錄更有用的主要原因。

熔點范圍較大通常表明被測試物質是不純的，但也可能是由于純物質在達到相變之前經歷了某些分解,在加熱過程中分解的純物質的副產物，形成母體物質和副產物的混合物，往往會顯著增大熔化溫度范圍。在某些情況下，材料在低于真正熔點的溫度下會經歷輕微的液化和收縮。在其他情況下，材料可能會嚴重分解和變色，以至于無法觀察到準確的熔點。

純度跟蹤

熔點降低現象可應用于合成化合物純度的評定。

在制備有機化學物質過程中，物質的純度通常必須在尚無純凈的參考樣品的情況下進行評定。例如，在嘗試制造一種新的化合物時，就是這樣的情況。原料通常要經過幾個再結晶步驟，并在每個階段確定熔點。起熔點持續增加，熔化溫度范圍持續減小，直到物質變得純凈，或者直到它達到通常所采用的純化方法所能達到的純度。

提示：

• 通常的做法是將反應的合成產物重新結晶，直到在其熔點范圍內檢測不到更多的變化。

混合熔點

如果兩種樣品在相同的溫度下熔化，混合熔點測定可以揭示它們是否是同一種物質。

熔點降低現象可應用于鑒定未知純度的物質。例如，如果您測量樣品熔點在160°C，您檢索藥典的熔點表會發現，這代表了幾種不同的參考化合物，但是它們的熔點相同。該物質可以利用它的混合熔點來確定:樣品與少量的參考樣品逐個混合，并確定每種情況下的混合熔點。當樣品被混入少量的參照物而熔點降低時，這兩種物質不可能是相同的。然而，如果混合物的熔點不下降，則加入的參照物與樣品相同(即樣品已被鑒定)。

混合熔點技術是所有高質量熔點分析儀器在其加熱槽中至少可容納三個毛細管的重要原因。

最常見的混合熔點測量方法是，要確定三個熔點:(1)樣品，(2)參考物，(3)參考物和樣品以1:1的比例混合。如果混合物的熔點保持不變，則這兩種物質是相同的。如果熔點降低，它們就是兩種不同的物質。

提示：

• 混合熔點檢測對精度和可重復性的要求不像做高精度、單熔點測定時那么高。加熱速率高達10°C/min可用于混合熔點測定，這樣可以大幅度節省實驗用時。

有幾對物質在混合時熔點并不下降，但更常見的是，只有在某些配比下才觀察到這種熔點不下降的情況。規避這種問題只需要一點額外的工作，通常是制備20/80,50/50,80/20%的樣品/參考物三種比例的混合物并在熔點分析儀中使用三根毛細管同時進行熔點測量。如果這三種混合物在相同的溫度下熔化，那么這兩種化合物很可能是同一種化合物!