Стандартные образцы температуры плавления органических веществ: перспективы разработки

Область измерений температуры плавления высокочистых органических веществ на сегодняшний день включает большое количество средств измерений, используемых в сфере медицины, биологии, производства парфюмерно-косметической продукции.

Цель данного исследования – выявление особенностей и обоснование подходов к разработке стандартных образцов температуры плавления органических веществ, обеспеченных метрологической прослеживаемостью к основным единицам SI величины «температура» (°C).

В задачи исследования входило обоснование выбора веществ-кандидатов на роль СО; определение процедуры аттестации СО; установление ограничений, влияющих на процедуру аттестации; оценка неопределенности для аттестованных значений температуры плавления СО.

В ходе исследования выполнен анализ состояния метрологического обеспечения в области измерений температуры плавления. Представлено краткое описание эталонного комплекса, предназначенного для измерений температуры плавления и степени чистоты органических веществ в диапазоне от +40 °C до +250 °C, приведена его функциональная схема. Сформулированы основные требования к веществам –  кандидатам на роль СО. Рассмотрены результаты определения температуры плавления бензофенона, бензойной кислоты, янтарной кислоты, антрацена и кофеина, полученные методом прямых измерений температуры фазового перехода и методом косвенных измерений, основанным на регистрации момента оптической прозрачности исследуемых веществ. Представлены результаты межлабораторных сличительных испытаний на образцах исследуемых веществ, позволившие получить достоверные данные по температуре возникновения оптической прозрачности при различной скорости нагрева. Предложен способ согласования результатов, заключающийся в представлении в паспортах разрабатываемых

СО аттестованного значения температуры плавления, определяемой методом прямых измерений температуры фазового перехода в термодинамическом режиме, а также аттестованных значений температуры оптической прозрачности при различных скоростях нагрева, как дополнительных характеристик вещества. Сформулированы исследовательские задачи для дальнейшей работы.

Теоретическая значимость полученных результатов заключается в разработке теоретико-методологических подходов к процедуре аттестации СО температуры плавления на основе чистых органических веществ, позволяющих на более качественном уровне повысить точность проводимых измерений в области термического анализа.

1. Александров Ю. И. Точная криометрия органических веществ. Л.: Химия, 1975. 160 с.

2. Александров Ю. И. Спорные вопросы современной метрологии в химическом анализе. СПб.: Изд-во им. Н. И. Новикова, 2003. 303 с.

3. Yalkowsky S. H., Alantary D. Estimation of melting points of organics // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. Vol. 107, № 5. P. 1211–1227. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2017.12.013

4. Giani S., Riesen R., Schawe J. E.K. An Indirect Method for Vapor Pressure and Phase Change Enthalpy Determination by Thermogravimetry // International Journal of Thermophysics. 2018. Vol. 39, № 84. P. 84. https://doi.org/10.1007/s10765–018–2407-y

5. Feist M. Thermal analysis: basics, applications, and benefit // ChemTexts. 2015. № 1. P. 8. https://doi.org/10.1007/s40828–015–0008-y

6. Yalkowsky S. H., Alantary D. Estimation of melting points of organics // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. Vol. 107, № 5, P. 1211–1227. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2017.12.013

7. Jain A., Yalkowsky S. H. Comparison of two methods for estimation of melting points of organic compounds // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2007. Vol. 46, № 8. https://doi.org/10.1021/ie0614428

8. О разработке стандартных образцов температуры плавления высокочистых органических веществ / Я. В. Казарцев [и др.] // Стандартные образцы в измерениях и технологиях: сборник трудов III Междунар. науч. конф., Екатеринбург, 11–14 сентября 2018 года. Том Ч. «Ru». Екатеринбург: УНИИМ, 2018. С. 79–80.

9. Tiers G. V. D. Calibration of capillary melting-point apparatus to the international temperature scale of 1990 (ITS-90) by use of fluxed highly pure metals // Analytica Chimica Acta. 1990. № 237. P. 241–244. https://doi.org/10.1016/S0003–2670(00)83924-0

10. New static apparatus and vapor pressure of reference materials: Naphthalene, benzoic acid, benzophenone, and ferrocene / Monte M. J. S. [et al.] // Journal of Chemical & Engineering Data. 2006. Vol. 51, № 2. P. 757–766. https://doi.org/10.1021/je050502y

11. Measuring complex for simultaneous determination of purity and melting point of high-purity organic substances / Ia. Kazartcev [et al.] // Thermal Analysis and Calorimetry : abstracts 12th European Symposium, August 27–30, 2018, Brasov, Romania. Brasov: 2018. P. 459.

12. Moiseeva N. P. Methods of Constructing an Individual Calibration Characteristic for Working Platinum Resistance Thermometers // Measurement Techniques. 2001. № 44. P. 502–507. https://doi.org/10.1023/A:1012314420995

13. Gronvold F. Adiabatic Calorimeter for the Investigation of Reactive Substances from 25 to 775 degrees C. Heat Capacity of alphaAluminum Oxide // Acta Chememica Scandinavica. 1967. № 21. P. 1695–1713. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.21–1695

14. Gronvold F. Adiabatic calorimetry and solid-state properties above ambient temperature // Pure and Applied Chemistry. 1993. Vol. 65, no. 5. P. 927–934. https://doi.org/10.1351/pac199365050927

15. О создании эталонного комплексадля разработки мер температуры плавления на основе чистых органических веществ / Е. Н. Корчагина [и др.] // Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ: сборник трудов V международной научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 23–24 мая 2019. Санкт-Петербург: ФГАОУ ВО НИУ ИТМО, 2019. С. 125–131.

16. Эталонный комплекс для измерений температуры плавления и степени чистоты органических веществ / Я. В. Казарцев [и др.] // Приборы. 2020. № 11. С. 48–54.

17. Александров Ю. И., Варганов В. П., Френкель И. М. Способ определения параметров фазового перехода твердое тело – жидкость и устройство для его осуществления: пат. SU1221566 A1; заявл. 08.05.1984; опубл. 30.03.1986.