Pureté eutectique

Pureté Eutectique : Définition

Un système eutectique est un mélange homogène de deux composants qui fond et se solidifie comme une substance pure. La présence d´un composant additionnel (“impureté”) provoque la réduction du point de fusion du composant principal. Cet effet peut être mis en évidence avec la calorimétrie différentielle à balayage (DSC).

Pour les matériaux de pureté plus élevée que 98.5 mol-%, la DSC peut être utilisée pour déterminer la quantité d´impureté dans le mélange, ou, plus précisément, la pureté du composant principal. La méthode est décrite dans les normes ASTM E928, DIN 51004 et DIN 51007. Pour cela, l´équation simplifiée de Van't Hoff est utilisée:

Ts : Température de fusion du mélange (échantillon) [K]
T0 : Température de fusion de la substance 100% pure [K]
R : Constante des gaz parfaits
X2 : Fraction molaire de l´impureté
ΔHf : Chaleur de fusion [J/mol]
F : Fraction fondue

 

Cette équation peut être réécrite de la façon suivante :

Ou comme l´équation d´une droite dans un diagramme à deux dimensions (x, y):

y = m⋅x + b

 

Les valeurs Ts tracées en fonction de 1 /F devraient produire une ligne droite avec:

Intersection à l´axe Y:
 

T0

Pente de la droite:

En pratique, le résultat n´est habituellement pas une ligne droite à cause de la pré-fusion qui ne peut pas être suffisamment détectée au moyen de la DSC. La linéarisation est réalisée en ajoutant un facteur de correction c à l´aire totale et à chaque aire partielle:

Le facteur de correction c doit être inférieur à 20% pour assurer la fiabilité de la méthode.

Courbe Ts=f(1/F) (données non linéarisées) et données linéarisées en appliquant un facteur de correction c

La fraction molaire de l´impureté (X2) est obtenue par la pente de la courbe linéarisée grâce à la chaleur de fusion de la substance pure.

La substance à étudier doit avoir un point de fusion défini et une masse moléculaire définie.

  • Cette méthode n´est pas applicable aux matériaux qui se décomposent pendant la fusion.
  • Il faut nettoyer le creuset de l´échantillon en utilisant un solvant approprié, puis le chauffer.
  • Les mesures doivent être effectuées en utilisant :
    - une faible vitesse de chauffe par exemple 0,3 à 0,7°C/min (ASTM E928) ou 1°C/min (DIN 51 004/DIN 51 007). Une vitesse de chauffe plus rapide peut être appliquée jusqu´à 25°C en-dessous de l´effet de fusion.
    - une masse faible d´échantillon (environ 1 à 3 mg).
  • Il faut repeser l´échantillon à la fin de la mesure. Si l´échantillon a perdu plus de 1% de sa masse initiale la courbe ne peut pas être acceptée.

Example: Reduction of the Melting Point due to Impurities in Eutectic Mixtures

  • Main component: Phenacetin;
  • Impurity: p-aminobenzoic acid.

The increase in the p-aminobenzoic acid amount in the mixture leads to a decreasing melting temperature and broadening of the melting peak. The mixture melts as a pure substance.

DSC curves of pure phenacetin (green) and phenacetin with 2 and 5 mol% impurity


Méthodes associées

DSC