乌洛托品溶解度测定研讨

引言

乌洛托品是一种重要的化学品，广泛应用于医药工业、化学工业、分析化学及其他诸多领域［1］。工业结晶是分离提纯乌洛托品的重要方法。以溶解度数据为基础的工业结晶过程具有高效率、高产率、低能耗、污染小、产品纯度高等诸多优点，尤其适用于精细化工、生物制药等固体产品的工业领域。同时，溶解度数据的研究为结晶分离过程规定了分离极限，并为设备结构尺寸的设计和操作条件的确定提供基础数据，是实现化工生产的重要前提。因此，一些学者对乌洛托品的溶解度进行了研究。如Blanco等［2］测定了乌洛托品在275.15～313.15 K水中的溶解度;Aladko等［3］绘制了乌洛托品－水系统的相图;Bourne等［4］测定了乌洛托品在乙醇中的溶解度。但是，目前还没有较大温度范围内的结晶工业相关溶剂的实验数据。本文基于实际结晶过程，选取一系列醇作为溶剂，利用计算机在线激光监测系统，采用动态法测定了278～334 K范围内，乌洛托品在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇及正戊醇溶剂中的溶解度。分别应用Apelblat方程、λh方程和Wilson方程对实验数据进行了关联，并对关联结果进行了分析对比。

1实验部分

1.1试剂与仪器本文所用的乌洛托品(HMTA)，又名六亚甲基四胺，CAS号100-97-0，分子式C16H12 N4，样品纯度为0.997，北京东华里奥技术发展有限公司，其纯度利用高效液相色谱测得。试验中的其他溶剂试剂均为分析纯，北京化学试剂厂。CP124S型电子分析天平称量，德国Sartorius公司。501型超级恒温水浴，上海实验厂。99-1大功率磁力搅拌器，金坛市金华仪器厂。

1.2乌洛托品溶解度的测定采用动态法测定乌洛托品的溶解度。利用激光器监视技术观察固体在溶剂中的溶解状况，提高了测量精度。实验步骤方法与文献［5－6］中的描述相近，在这里只做简要说明。起初，悬浮于液体中的乌洛托品颗粒使入射的激光大部分甚至全部被反射和遮蔽，光强显示仪上的读数很低，随着温度缓慢升高，乌洛托品逐渐溶解进入液相，透射光强开始逐渐增加，直到固体晶粒完全溶解，体系变为均匀的液相，光强将达到最大值，光强数码显示仪显示光强数值不再变化时记录下此时的温度值。在加热初期由于大量溶质没有溶解，可以较快升高温度，随着溶解的进行逐渐降低升温速率，最后以1 K/h的速度升温达到终点。在溶解中的耐腐蚀磁力搅拌转子连续搅拌保证固－液平衡器中溶液的充分混合，以促进溶解并促使固－液两相快速达到平衡。为确保实验数据的准确性，实验一般至少进行3次，实验的平均值作为最终的实验结果，实验结果的最大偏差不大于2%。所测乌洛托品在饱和溶液中某一温度下的摩尔溶解度x1表示为1.3关联方程

1.3.1 Apelblat方程根据固－液相平衡原理，Apelblat方程［7］为lnx1=A+BT+ClnT(2)式(2)中A，B和C为3个无因次参数。

1.3.2λh方程λh方程的基本形式为 (3)式(3)中，λ、h为方程参数，其中λ表示饱和溶液的非理想性。λ和h有一定的物理意义，但在实际应用时，方程一般只做经验式使用，λ和h当做回归参数，适用于各类物系。λh方程避开了活度系数，方程形式简单，大大简化了计算过程。方程只有两个参数，直接将溶解度和温度关联，物性数据只需要熔点数据。

1.3.3 Wilson方程Wilson方程［9］是以局部组成概念为基础的活度系数方程。对二元体系，Wilson方程的形式为1.4溶解热力学数据的计算方法根据van't Hoff方程［10］可知溶解度的对数值与温度成线性关系式(8)中x1表示溶质的摩尔溶解度，ΔHm和ΔSm分别表示熔融焓和熔融熵，T表示绝对温度，R表示气体常数。在实际应用中，溶解过程多为非理想过程，常常需要考虑溶剂的作用，所以，通常用混合热力学数据代替熔融热力学数据。用ΔHd代替ΔHm，而用ΔSd代替ΔSm，所以方程形式为

2结果与讨论

2.1实验装置准确性验证本实验将所测得的乌洛托品在甲醇中的溶解度与文献值［11］进行比较，用以验证本套实验装置测定数据的可靠性，详见图1。从图1可以看出，二者数据具有较好的一致性，证明本实验装置所得数据真实可靠。

2.2乌洛托品溶解度实验结果分析乌洛托品的实验数据和3种方程的关联数据列于表1中，3种方程关联结果的偏差比较列于表2中。由表2可以看出，3个方程都能较好地关联乌洛托品在6种所选溶剂中的溶解度(摩尔分数)数据，关联所得的平均偏差均小于3%。但Apelblat方程的模拟结果要优于Wilson方程和λh方程的模拟结果。Apelblat方程由相平衡的基本热力学原理推到简化而得出，方程具有普适性。并且，方程含有3个可调参数，能够较好地关联各种物系的平衡数据。虽然Apelblat方程只是简化的经验方程，在理论基础和物理意义方面不及Wilson方程和λh方程，但是Apelblat方程结构简单，便于回归计算，所以本文关联结果以Apelblat方程结果为准。Apelblat方程回归得到的参数A，B和C的值及实验的均方根偏差在表3中给出了。度对温度的曲线，由图2可以看出，乌洛托品在异丙醇中的溶解度最小，而在甲醇中的溶解度最大，并且，在所有溶剂中溶解度随温度升高而增大。

2.3溶解热力学计算结果乌洛托品溶解过程的热力学数据见表4。从表4中数据可以看出，在所有的所选溶剂中，乌洛托品溶解过程ΔHd和ΔSd都是正值。当要破坏强的化学键，而形成较弱的化学键时，需要消耗能量，此时ΔHd为正，说明此过程为吸热过程［12］。ΔSd为正表明，乌洛托品的溶解过程为不可逆过程。

3结论

(1)乌洛托品在所有所选溶剂中的溶解度均随温度的升高而增大，且在甲醇中溶解度最大。通过van't Hoff方程求得实验的溶解焓和溶解熵均为正值，表明乌洛托品在所有所选溶剂中的溶解过程均为不可逆吸热过程。(2)Apelblat方程对乌洛托品在所选溶剂中溶解度数据的关联结优于Wilson方程和λh方程。拟合值与实验值的相对误差均在3%之内，拟合数据与实验数据良好吻合。