Analyzátor vlhkosti Karl Fischer (KF) funguje na základě konkrétníhoChemická reakcemezi jódem a vodou, prováděným v kontrolovaném rozpouštědle, spojené selektrochemická detekcepřesně určit koncový bod reakce . Zde je rozpis toho, jak to funguje:
Základní princip: Reakce Karla Fischera
Základní reakce (objevená v roce 1935) je:
I₂ + SO₂ + 2 H₂o + BASE → 2Base · Hi + Base · HSO₄
I₂:Jód (titrant)
Takže:Oxid siřičitý
H₂O:Voda (měřeno analytem)
Báze:Původně pyridin (toxický), nyní obvykle imidazol nebo jiné organické báze (bezpečnější a rychlejší) .
Klíčový s sebou:Tato reakce spotřebovává1 mol jódu (I₂) pro každý 1 mol vody (H₂O). přesně měřením množství jódu spotřebovaného k reakci svšeVoda ve vzorku, obsah vody lze vypočítat .
Jak funguje analyzátor (krok za krokem):
Ukázkový úvod:Vzorek (pevná, kapalina nebo plyn) je zaveden do titrační nádoby KF . Tato loď obsahujeKF činidlo(Směs rozpouštědla obsahující SO₂, základna a často primární alkohol, jako je methanol nebo ethanol) .
Extrakce/rozpuštění vody:Rozpouštědlo rozpustí vzorek (pokud je to možné) a extrahuje vodu z něj . pro pevné látky, může to zahrnovat vytápění (troubu) nebo drcení v nádobě .
Titrace:
Volumetric KF:Bureta vydává roztok obsahující známou koncentraci jódu (I₂) rozpuštěného ve směsi KF rozpouštědla .
Coulometric KF:Vytváří se jódelektrochemickyV samotné titrační buňce . konstantní proud prochází elektrolytovým roztokem obsahujícím jodidové ionty (i⁻), generuje i₂ v anodě: 2i⁻ → i₂ + 2 e⁻ . Celkový náboj)
Reakce:Přidaný/generovaný jód okamžitě reaguje s vodou přítomnou ve vzorku, po jádrové KF reakci nad . To spotřebuje jak i₂ i h₂o .
Detekce koncového bodu:Kritická část je vědět, kdyvšeVoda byla reagována . To se provádí pomocí páruIndikátorové elektrody platiny (PT)ponořeno do roztoku .
Dokud je přítomna voda, jakýkoli bezplatný přidaný/generovanýokamžitě konzumovalReakcí . Řešení zůstává vyčerpáno bez volného i₂ .
Jednouvševoda je spotřebována,dalšíPřírůstek i₂ přidaného/generovaného zůstává nezasahovaný v roztoku .
Přítomnost svobodného I₂ (a jeho redukčního partnera I⁻) vytváříelektrochemický proudmezi PT elektrodami, když je aplikováno malé konstantní napětí . Ostré, trvalé zvýšení tohoto proudu signalizujekoncový bodtitrace .
Měření a výpočet:
Objemový:Nástroj měří přesnýobjemroztoku titrantu jódu použitého až do koncového bodu . Znalost přesné koncentrace (titr) roztoku jódu vypočítá:
Obsah vody=(titr I₂ Solution) * (objem i₂ použitého)
Coulometric:Přístroj měří celkovýúčtovat(v coulombs) předáno generování i₂ až do koncového bodu . pomocí Faradayova zákona (1 mol i₂=2 * 96 485 coulombs) a poměr 1: 1 mol (I₂: H₂o):
Obsah vody (moly)=Celkový náboj (coulombs) / (2 * 96 485 c / mol)
Obsah vody (gramy)=[Celkový nabíjení (coulombs) * 18,02 g/mol]/(2 * 96 485 c/mol)
Výsledný displej:Analyzátor vypočítá a zobrazuje obsah vlhkosti ve společných jednotkách, jako je µg (mikrogramy), Mg, % (hmotnost/hmotnost/hmotnost/objem), ppm atd. .
Klíčové komponenty analyzátoru KF:
Titrační nádoba/reakční buňka:Uzavřený kontejner drží KF rozpouštědlo/činidlo a vzorek .
Míchadlo:Zajišťuje důkladné míchání .
BURETTE (VOLUMETRIC):Přesné dávkovač pro titrant jodinu .
Generátor elektroda (coulometric):Pár elektrod, kde je i₂ generován z i⁻ .
Indikátorové elektrody:Pt elektroda detekuje koncový bod prostřednictvím měření proudu .
Řídicí jednotka/procesor:Ovládací prvky titrace, měří objemy/nabíjení, detekuje koncový bod, provádí výpočty .
Displej/výstup:Zobrazuje výsledky, často se připojuje k tiskárnám nebo limům .
Volumetric vs . Coulometric Kf:
Objemový:
Používá titrantový řešení se známou koncentrací I₂ .
Lepší proVyšší obsah vody(obvykle ~ 100 ppm až 100%) .
Běžné vzorky: Hromadné chemikálie, rozpouštědla, některá jídla, léčiva (objem) .
Coulometric:
Generuje i₂ elektrochemicky v buňce .
Nekonečně přesnější proVelmi nízký/stopovací obsah vody(dolů na 1 ppm nebo nižší) .
Běžné vzorky: plyny, oleje, uhlovodíky, čistá rozpouštědla, léčiva (API, pomocné látky) .
Výhody titrace KF:
Vysoká specifičnost:Primárně detekuje vodu .
Vysoká přesnost a přesnost:Zejména coulometrické pro úrovně stopování .
Široký rozsah:Zvládá ppm až 100% voda .
Rychlost:Relativně rychlá analýza ve srovnání s metodami trouby .
Všestrannost:Může analyzovat pevné látky, kapaliny a plyny s vhodnou manipulací s vzorkem .
Omezení/úvahy:
Manipulace s činidlem:KF Reagents jsou často toxická, hygroskopická a vyžadují pečlivé zacházení/likvidaci .
Interference:Některé sloučeniny mohou reagovat přímo s KF Reagents (E . G ., silné oxidační/redukční činidla, mohou být potřebné určité karbonyly, jako jsou aldehydy/ketony, .
Výběr rozpouštědla:Výběr správné směsi rozpouštědla je zásadní pro rozpuštění vzorku a minimalizaci interferencí .
Údržba nástrojů:Vyžaduje pravidelnou údržbu (čištění elektrod, měnící se činidla/septa) .