مقدمه ای بر تیتراسیون کارل فیشر و کاربرد های آن

 در سال 1935 یک دانشمند آلمانی به نام کارل فیشر ، روشی تازه را برای تعیین محتوای آب در نمونه ها ابداع و معرفی نمود.این یک روش تیتری متریک بر پایه واکنش بونزن بود که برای تعیین سولفور دی اکسید در محلول های مایی بکار می رفت : 

 

SO2 + I2 + 2H2O -------> H2SO4 + 2HI

کارل فیشر کشف کرد که اگر سولفور دی اکسید بیشتر از مقداری خاص اضافه شود ، همین واکنش می تواند پایه ای برای تعیین آب بوسیله تیتراسیون اسید های تولید شده باشد. ماده قلیایی انتخابی مورد استفاده او برای این آزمایش پیریدین بود که به قول او بدون وسواس ، از روی قفسه آزمایشگاه برداشته و مورد استفاده قرار گرفت.1*

به افتخار او تیتراسیون مذکور ، تیتراسیون کارل فیشر یا به اختصار KF نامیده می شود.2*

با گذشت سال ها و دهه ها از این ابداع هوشمندانه ، بتدریج استوکیومتری اصلی ( اولیه ) و واکنشگرهای روش کارل فیشر مورد بازبینی و اصلاح قرار گرفتند.در واقع ، فیشر واکنشی را ارائه کرد که نسبت مولار ناصحیحی را به تقلید از واکنش بونزن حاصل می کرد و در آن متانول تنها به عنوان یک حلال عمل می کند. خطای مذکور توسط smith, Bryant , Mitchell اصلاح گردید . آنها کشف کردند که پیریدین ( C5H5N ) در واکنش تنها به عنوان یک بافر عمل می کند و درنتیجه واکنشی را پیشنهاد کردند که امروزه مورد استفاده است :

H2O+ I2 + [RNH]+SO3CH3- + 2 RN → [RNH]+SO4CH3- + 2 [RNH]+I-

تیتراسیون کارل فیشر در ابتدا بصورت دستی انجام می گرفت و نقطه پایان آن بوسیله پایداری و ثبات رنگ قهوه ای ناشی از ید اضافی که در حین تیتراسیون دستی به ظرف تیتراسیون افزوده می شد قابل تشخیص بود. این روش نه تنها آهسته و کند بود ، بلکه برای نمونه های رنگی مناسب نبود. امروزه تیتراسیون کارل فیشر بصورت اتوماتیک انجام می شود 3*  و به شکل گسترده ای برای تعیین محتوای آب در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

تکنیک های تیتراسیون کارل فیشر

دو تکنیک مختلف برای تعیین آب به روش کارل فیشر وجود دارند : تیتراسیون KF حجم سنجی و تیتراسیون KF کولومتریک.

روش تیتراسیون کارل فیشر حجم سنجی برای تعیین محتوای آب از حدود 0.01% به بالا مناسب است. در این روش ، نمونه در حلال KF ( معمولا بر پایه متانول ) حل می شود و سپس معرف / واکنشگر کارل فیشر ، حاوی سولفور دی اکسید و ید حل شده در پیریدین و متانول به آن اضافه می شود.در این تکنیک ، نقطه پایان واکنش به روش پتانسیومتریک تعیین می شود.

 آنالیز کارل فیشر کولومتریک تنها نیازمند یک محلول حاوی یدید است. در این تکنیک ، ید مورد نیاز برای واکنش کارل فیشر بوسیله اکسیداسیون آندی یدید از محلول تولید می شود و نقطه پایان به صورت الکتروشیمیایی ردیابی می شود. تعیین کولومتریک روشی مناسب برای نمونه هایی با محتوای آب کمتر از 1% است. 

در هر دو تکنیک حجم سنجی و کولومتریک ، نمونه ابتدا به یک ظرف تیتراسیون منتقل و در آنجا در داخل یک حلال ، حل می گردد و سپس تیتر می شود.

برخی نمونه ها در هیچ حلال مناسبی قابل حل نیستند و برخی با معرف های کارل فیشر واکنش های جانبی ایجاد می کنند. برای غلبه بر اینگونه مشکلات می توان یک آون مخصوص را به دستگاه کارل فیشر تیتراتور متصل نمود.در این حالت ، محتوای آب نمونه تحت تاثیر گرمای آون آزاد شده و بوسیله جریان یک گاز خشک به سوی ظرف تیتراسیون حمل می شود ودر آنجا با معرف کارل فیشر واکنش می کند. استفاده از آون یک راه حل مناسب برای نمونه هایی است که حلالیت اندکی دارند ، ممکن است باعث واکنش های جانبی با حلال شوند و یا بشدت جاذب آب باشند و حین جابجایی در شرایط آزمایشگاه نتایج کاذب بالاتر از مقدار واقعی را نشان بدهند.

معرف ها و کاربرد های تیتراسیون کارل فیشر

معرف های متعددی برای تیتراسیون کارل فیشر ساخته و برای مقاصد مختلف بهینه شده اند. به عنوان مثال در برخی موارد می توان.پیریدین را با باز قوی تر ایمیدازول ، که بوی بهتری هم دارد عوض نمود ، و یا می توان به جای متانول از اتانول ( به عنوان یک حلال سازگارتر با شرایط بهداشتی و ایمنی ) استفاده کرد. همچنین عوامل کمکی مختلفی برای بهینه سازی شرایط تیتراسیون کارل فیشردر دسترس هستند ، نظیرافزودنی هایی برای چربی ها و روغن ها ، واکنشگرهایی برای تعیین مقادیر بسیار اندک آب ، حل کننده هایی برای مواد کم محلول و محلول های بافر برای نمونه هایی با ماهیت اسیدی یا قلیایی قوی.

امروزه تیتراسیون کارل فیشر به شکل گسترده ای برای آنالیز مستقیم محتوای آب در صنایع مختلف ، به عنوان روشی قابل اعتماد و مناسب مورد استفاده قرار می گیرد ، برای مثال در صنایع غذایی برای تعیین محتوای آب در آب میوه ها ، عسل ، آرد ، نودل ، چیپس ، پودر کاکائو ، در صنعت نفت برای تمام انواع متفاوت نفت خام ، بنزین ، کروسن و روغن ها ، در صنایع آرایشی برای تعیین آب در شامپو ها ، کرمها ، رژ لب ، خمیر دندان و در صنایع دارویی برای مواد خام و مواد موثره دارویی ، سوبستراهای لیوفیلیزه ، قرص ها ، پمادها و روغن ها . روش تیتراسیون کارل فیشر برای تعیین آب در مواد یا محصولاتی متفاوت نظیر ابریشم ، پشم ، چوب ، کاغذ و حتی در مصالح ساختمانی نظیر سیمان و زئولیت نیز کاربرد دارد.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1* کارل فیشر در این مورد نوشت : " pyridine was just standing in the rack "

2* شرکت کیان شار هم در انتخاب نام تجاری برای دستگاه های تیتراتور کارل فیشر به این نکته توجه نموده و از حروف اختصاری KF برای نام گذاری هر سه مدل دستگاه خود شامل Daneshyar KFT21 ، KFT50 و KFT50 Titrika استفاده کرده است.

3* دستگاه کارل فیشر تیتراتور مدل KFT50 Titrika یکی از جدید ترین و مدرن ترین دستگاه ها برای تیتراسیون اتوماتیک کارل فیشر به حساب می آید.

 

گردآوری و تنظیم : کورش کرباسیان

 

 

منابع و مآخذ

• https://www.chemistryworld.com/opinion/karl-fischers-titrator/5695.article

• https://www.eurofins.com/biopharma-services/product-testing/services/biopharma-product-testing-services/quality-control/raw-materials-and-excipient-testing/water-determination-by-karl-fischer/

• http://www.wako-chem.co.jp/english/labchem/product/analytical/aquamicron/index.htm


1399-09-26 14:47
بازدید : 291