Методы анализа

Волюметрическое титрование по Карлу Фишеру

Автоматический волюмометрический титратор по методу Карлу Фишеру 

Для анализа образцов с относительно высоким содержанием воды применяется метод волюмометрического титрования, распространенный в пищевой, фармацевтической, нефтехимической, химической промышленности и многих других отраслях. Ниже представлена комплектация волюмометрического титратора по методу Карла Фишера на примере прибора KF-31, производитель "Nittoseiko Analytech Co., Ltd" (ранее Mitsubishi Chemical Analytech):

Основной блок титратора KF-31 – базовый модуль, который содержит в себе все электронные компоненты, а также встроенную цветную сенсорную ЖК-панель с диагональю 5,7 дюймов и магнитную мешалку с гнездом для титрационной ячейки. Такая конструкция позволяет использовать прибор не только в лаборатории, но и в полевых условиях.

Измерительный электрод – для регистрации сигнала используется двойной платиновый электрод KF7DTE, не требующий обслуживания и имеющий длительный срок эксплуатации.

Бюретка GA1SB5 – шприцевого типа объемом 5 мл с точностью дозирования ±0,01 мл позволяет осуществлять анализ с максимальной точностью и воспроизводимостью.

Ячейка для титрования – поставляющаяся в комплекте, максимально герметична, чтобы из атмосферы внутрь попадало минимальное количество воздуха. Дополнительно могут быть заказаны ячейки со сливным краном.

Система откачки/закачки отработанного реактива Карла Фишера CA31SD (опционально) – для минимизации контакта реакционной смеси с окружающей средой титратор комплектуют автоматической системой отбора/подачи реагентов. Данная опция позволяет без открытия ячейки заменить отработанный растворитель на новый. Это существенно уменьшает время кондиционирования и расход титранта.

Испарители VA-200, VA-230 и VA-210 (опционально) – для анализа образцов, которые по ряду причин нельзя добавить напрямую в титрационную ячейку. Например, вещества, плохо отдающие влагу, не растворяющиеся в реактивах Карла Фишера, вступающие с ними в реакцию или сильно загрязняющие электрод и ячейку. Nittoseiko Analytech предлагает несколько вариантов печей и испарителей для ряда задач. Стандартные печи VA-200 и VA-230 используются для твердых веществ: пластики, фармацевтические продукты, пищевые продукты, порошки. Испаритель VA-210 рекомендован к использованию для анализа смазок, смол и других, аналогичных по консистенции материалов. Суть всех испарителей сводится к тому, что вода удаляется из образца в отдельных герметичных емкостях и переносится потоком сухого воздуха или в виде азеотропной смеси в титрационную ячейку, где проходит дальнейший анализ.

Сущность волюметрического титрования по Карлу Фишеру

Волюметрическое титрование по Карлу Фишеру – классический метод анализа влаги в образцах с высоким содержанием воды (от 0,1 мг до 100%). Метод используется практически для любых веществ в любых агрегатных состояниях. Он основан на химической реакции:

H2O + I2+ SO2 + CH3OH + 3RN --> 2RNHI +RN·HSO4CH3

Общее количество воды в образце определяется по количеству вступившего в реакцию Карла Фишера йода. Контроль за протеканием реакции осуществляется с помощью двойного платинового электрода, который амперометрически позволяет определить конечную точку титрования (когда добавляемый йод перестает расходоваться в реакции).

Чтобы правильно рассчитать объем навески для анализа, рекомендуем воспользоваться таблицей:

Содержание влаги

Масса образца

0,1%

от 5 г

0,5%

от 1 до 4 г

1%

от 0,5 до 2 г

5%

от 100 мг до 400 мг

10%

от 50 мг до 200 мг

50%

от 10 мг до 40 мг

100%

20 мг

Зная примерное содержание влаги в образце, требуется взять указанное в таблице количество образца. Это позволит не тратить излишнее количество реактива и снизит время анализа.

Реагенты для волюмометрического титрования

Основные вещества, необходимые для реакции Карла Фишера:

  • Йод – всегда присутствует в виде I2 в титранте.

  • Вода – должна присутствовать только в образце.

  • Спирт – чаще всего метанол, так как он самый реакционноспособный. Однако есть примеры использования реактивов на основе этанола и монометилового эфира диэтиленгликоля. Замена метанола нужна при анализе веществ с альдегидами и кетонами.

  • Азотистое основание. Классические методики предлагают использование пиридина. Сейчас он заменен на имидазол, как более безопасное вещество.

  • Диоксид серы.

Все эти компоненты обязательно должны быть в реакционной смеси, но вот способ их попадания в раствор может отличаться. Реактивы для волюметрического титрования делятся на однокомпонентные и двухкомпонентные:

  1. Однокомпонентные реактивы
  2. Это готовые титранты, которые содержат все необходимые реагенты, растворенные в подходящем спирте. В качестве растворителя используется сухой метанол в чистом виде или с сорастворителями (толуол, хлороформ, ксилол и др.). Такая система используется в случае, если образец плохо растворяется в чистом метаноле, но может быть растворен в смеси нужного растворителя с метанолом. Но титр у таких смесей не стабилен даже в закрытой бутыли, поэтому его нужно регулярно проверять перед использованием.

  3. Двухкомпонентные реактивы
  4. Двухкомпонентная система также содержит все вещества, но в виде двух растворов – растворителя и титранта. В растворителе находится спирт, имидазол и диоксид серы. В титранте – раствор йода. Такая система имеет стабильный титр и дает более быструю реакцию с водой. Для регулярных анализов на протяжении длительного срока рекомендовано использование двухкомпонентных систем.

Волюмометрическое титрование с визуальным определением конечной точки титрования.

Классический метод титрования по Карлу Фишеру ничем не отличается от стандартных методик с определением конечной точки по изменению окраса раствора. При появлении в растворе устойчивого коричневого окраса титрования прекращают. Оно свидетельствует о том, что йоду больше не с чем реагировать, и вся влага оттитрована.

К недостаткам визуального метода можно отнести сложность поддержания герметичности в титровальной емкости, невысокую точность анализа при низких содержаниях влаги (менее 0,01%) в образце. Электрометрический метод этих недостатков лишен.

Применение волюметрического титрования по Карлу Фишеру

Волюмометрическое титрование применяется во многих отраслях промышленности для анализа пищевых продуктов, пластиков, резин, нефтепродуктов, фармацевтических веществ, бытовой химии, минеральных удобрений, продуктов целлюлозно-бумажной промышленности и многих других. Большое количество нормативных регламентирующих документов ссылаются на данный метод: ГОСТ 14870-77, ГОСТ Р 50548-93, ГОСТ Р 52795-2007 и многие другие.

Нормативные документы