Eutektische Reinheit

Was bedeutet eutektische Reinheit?

Ein eutektisches System ist eine homogene Mischung aus 2 Komponenten mit dem Schmelz- und Erstarrungsverhalten einer reinen Substanz. Das Vorhandensein einer zusätzlichen Komponente („Verunreinigung“) erniedrigt den Schmelzpunkt der Hauptkomponente. Dieser Effekt lässt sich mittels dynamischer Differenz-Kalorimetrie (DSC) bestimmen.

Für Materialien mit einer Reinheit von mehr als 98,5 Molprozent kann die DSC zur Bestimmung des Verunreinigungsgehalts in der Mischung oder besser, der Reinheit der Probe, herangezogen werden. Die Methode ist in ASTM E928, DIN 51004 und DIN 51007 beschrieben. Für die Berechnung wird die vereinfachte Van´t Hoff-Gleichung verwendet:

 

 

Ts: Schmelztemperatur der gegenwärtigen Mischung (Probe) [K]
T0: Schmelzpunkt der 100%-reinen Substanz [K]
R: Gaskonstante
X2: Stoffmengenanteil der Verunreinigung
ΔHf: Schmelzwärme [J/mol]
F: Stoffmengenanteil

 

Diese Gleichung kann umgeschrieben werden als:

oder als Geradengleichung in einem X-Y Diagramm:

y = m⋅x + b

 

Die Auftragung der Werte von Ts in Abhängigkeit von 1 /F sollte eine gerade Linie ergeben mit

 • Y-Achsenabschnitt

 

T0

• Steigung:

In der Praxis ergibt sich als Resultat aufgrund des Vorschmelzens üblicherweise keine gerade Linie, weil das Vorschmelzen mittels DSC nicht ausreichend erfasst werden kann. Eine Linearisierung erfolgt durch Addition eines Korrekturfaktors c zur Gesamtfläche und zu jeder Teilpeakfläche:

 

Der Korrekturfaktor c muss kleiner 20 % sein, um die Zuverlässigkeit der Methode sicherzustellen.

Kurve Ts=f(1/F) (nicht-linearisierte Daten) und linearisierte Daten durch Anwendung des Korrekturfaktors c

Der Molanteil der Verunreinigung (X2) ergibt sich aus der Steigung der linearisierten Kurve und der Schmelzwärme der Reinsubstanz.

Die zu untersuchende Substanz sollte einen definierten Schmelzpunkt und ein definiertes Molekulargewicht aufweisen.

  • Diese Prüfmethode ist nicht anwendbar auf Materialien, die sich während des Schmelzens zersetzen.
  • Der Probentiegel sollte mit einem geeigneten Lösemittel gereinigt und anschließend ausgeheizt werden
  • Die Messungen sollten durchgeführt werden mit
    - einer kleine Heizrate, z.B. 0,3 bis 0.7 K/min (ASTM E928) oder 1 K/min (DIN 51 004/DIN 51 007). Eine höhere Heizrate kann bis ca. 25 K unterhalb des Schmelzeffekts angewandt werden.
    - einer kleinen Probeneinwaage (ca. 1 bis 3 mg).
  • Nach Messende sollte die Probe erneut gewogen werden. Hat die Probe mehr als 1 % an Masse verloren, sind die Daten inakzeptabel.

Beispiel: Erniedrigung des Schmelzpunktes aufgrund von Verunreinigen in eutektischen Mischungen

  • Hauptkomponente: Phenacetin;
  • Verunreinigung: p-Aminobenzoesäure.

Der Anstieg im p-Aminobenzoesäuregehalt in der Mischung hat einen breiteren Schmelzpeak zur Folge, dessen Peakmaximum sich zu niedrigen Temperaturn hin verschiebt.

 

DSC-Kurven von reinem Phenacetin (grün) und Phenacetin mit einer Verunreinigung von 2 und 5 mol %

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DSC