تیتراسیون کارل فیشر به روش حجم سنجی : Volumetric Karl Fischer Titration

تیتراسیون کارل فیشر ( Karl Fischer Titration ) یا به اختصار " تیتراسیون KF " پر کاربردترین تکنیک برای تعیین مقدار محتوای آب در یک نمونه می باشد. این روش در آنالیز نمونه های دارویی ، غذایی ، شیمیایی ، نفتی و ... مورد استفاده قرار می گیرد. اساس تیتراسیون کارل فیشر ، واکنش بونزن است :

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

که بعدها اصلاح و به شکل معادله زیر در آمد :

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

بر اساس این واکنش از معرف KF برای تیتراسیون تا نقطه مصرف کامل آب ( H2O ) در نمونه استفاده می شود و در نقطه پایان ، ید اضافی توسط شناساگر ردیابی می شود. همانگونه که از معادله پیدا است ، آب در خلال اکسیداسیون آلکیل سولفیت واسط توسط ید مصرف می شود. این واکنش به pH حساس است و برای پیشرفت نیاز به حضور یک باز ( قلیا ) مناسب دارد.

تیتراسیون کارل فیشر ( Karl Fischer Titration ) به دو صورت حجم سنجی ( volumetric ) یا کولومتریک انجام می گیرد.

در روش حجم سنجی ، ید به حلال ( معمولا متانول ) در ظرف تیتراسیون حاوی نمونه اضافه می شود. نقطه پایان تیتراسیون هنگامی فرا می رسد که واکنش توام با مصرف ید به دلیل اتمام آب ( H2O ) متوقف گردد. سپس میزان و محتوای آب موجود در نمونه از روی حجم معرف کارل فیشر مصرف شده محاسبه می گردد.

 

شکل 1: مقایسه شماتیک دو روش حجم سنجی و کولومتریک تیتراسیون کارل فیشر

تیتراسیون حجم سنجی قادر به تیتر کردن محتوای آب از 0.01 تا 100 در صد ( از 100ppm به بالا ) می باشد.

انواع معرف کارل فیشر : یک بخشی یا دو بخشی ( یک یا دو جزئی )

تیتراسیون کارل فیشر حجم سنجی می تواند با استفاده از معرف یک یا دو بخشی انجام شود. معرف یک بخشی در عمل عبارت از یک محلول حاوی تمام معرف های مورد نیاز برای تیتراسیون کارل فیشر می باشد. در معرف های دو بخشی، اجزاء مورد نیاز برای واکنش کارل فیشر در دو محلول جداگانه قرار دارند ، یک بخش تیترانت است که حاوی محلولی از ید در متانول می باشد و بخش دیگر حلال است که حاوی سولفور دی اکسید و یک باز مناسب حل شده در متانول می باشد و به عنوان محیط کاری در سل کارل فیشر مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم های معرف دو بخشی دارای پایداری طولانی مدت بیشتر و سرعت تیتراسیون سریع تری نسبت به معرف های تک جزئی هستند ، اما به دلیل سهولت بیشتر استفاده از معرف های یک بخشی ، استفاده از اینگونه معرف ها متداول تر است.

معرف های تیتراسیون کارل فیشر به روش حجم سنجی ( volumetric Karl Fischer Titration ) باید بطور منظم کالیبره شوند زیرا قابلیت آنها برای واکنش با آب ، در طول زمان و تحت تاثیر عوامل مختلف نظیر رطوبت موجود در محیط تغییر می کند.❶

کالیبراسیون معرف های کارل فیشر با استفاده از نمونه های آب استاندارد انجام می گیرد.

اجزاء یک دستگاه تیتراسیون کارل فیشر به روش اتوماتیک

امروزه تیتراسیون کارل فیشر بصورت کاملا اتوماتیک و با استفاده از دستگاه های پیشرفته مانند دستگاه کارل فیشر تیتراتور ایرانی مدل KFT50 Titrika انجام می گیرد. با استفاده از اینگونه دستگاه ها ، تعیین محتوای آب به سادگی و تنها با فشار یک کلید روی تیتراتور انجام می شود و نتیجه آزمایش هم به آسانی بدست می آید.

اجزاء اصلی یک دستگاه تیتراسیون کارل فیشر به روش اتوماتیک عبارتند از :

بورت که با دقت توسط یک موتور کوچک حرکت می کند. کیفیت عالی بورت و موتور متصل یه آن تضمین کننده اطمینان از dosing های دقیق معرف کارل فیشر در حین تیتراسیون است. فناوری بکار رفته در طراحی دستگاه های اتوماتیک تیتراسیون کارل فیشر این امکان را فراهم کرده است که بورت قادر به انتقال معرف به ظرف تیتراسیون ، در مقادیر میکرولیتر باشد. این به معنای آن است که بورت در دقیق ترین و حساس ترین بخش های تیتراسیون ، درنزدیکی نقطه پایان واکنش قادر به ریزش مقادیری از معرف ، معادل با یک ده هزارم حجم خود می باشد.

پایه تیتراسیون برای انتقال معرف ( dosing ) ، در بردارنده یک سیلندر ، بورت ، شیر سه طرفه، لوله اتصال بورت و نگهدارنده معرف کارل فیشر . بخش نگهدارنده معرف کارل فیشر با یک لوله کوچک حاوی ماده خشک کن ( سیلیکاژل ) مجهز شده است تا از ورود رطوبت اتمسفر به معرف کارل فیشر جلوگیری نماید.

همزن مغناطیسی ، به همراه ظرف تیتراسیون که عموما به شکل یک بشر بر روی همزن قرار می گیرد و واجد درپوشی خاص با روزنه های مناسب برای ریختن نمونه به داخل آن ، ورود معرف کارل فیشر و خروج مواد مصرف شده از بشر است.

سیستم نشانگر که در واقع یک سیستم اندیکاتور بی ولتامتریک و دارای یک الکترود دبل پلاتین است که از خلال آن یک جریان ثابت ، مثلا 50 میکروآمپری عبور می کند.

کلید ها ، به منظور وارد کردن اطلاعات نمونه ( مانند وزن ) و تنظیم پارامترهای تیتراسیون در حافظه دستگاه مورد استفاده قرار می گیرند.

صفحه نمایشگر ، برای دسترسی به انواع اطلاعات مرتبط با تیتراسیون و بررسی منحنی تیتراسیون با مشاهده خط سیر آن ، بر روی دستگاه تعبیه می گردد.

در تمامی دستگاه های مدرن و امروزی ، یک سیستم خود تنظیمی و کنترل در ارتباط با منحنی تیتراسیون وجود دارد . این سیستم با اندازه گیری و رصد مستمر شیب منحنی تیتراسیون ، به دستگاه اجازه می دهد که درنواحی دور از نقطه پایان تیتراسیون ،عمل افزودن ( dosing ) معرف را به ظرف تیتراسیون با سرعت زیاد انجام دهد و با نزدیک شدن به نقطه پایان تیتراسیون ، از سرعت dosing کم کند . نتیجه این کار ، دستیابی به دقیق ترین نتایج در حداقل زمان ممکن می باشد.

مزایای تیتراسیون کارل فیشر حجم سنجی

تیتراسیون کارل فیشر حجم سنجی دارای چندین فایده برای کاربر به شرح زیر است :

- انتخابی بودن ، به عبارت دیگر این روش تنها برای اندازه گیری محتوای آب ( H2O ) در نمونه ها طراحی شده است و حضور سایر مواد فرار در نمونه تاثیری بر نتایج آن ندارد.

- دقت بالای نتایج.

- قابلیت تعیین آب نمونه در محدوده ای بزرگ ، از 0.01 درصد تا 100 درصد.

- سرعت بالا

کاربرد های کارل فیشر حجم سنجی

از روش تیتراسیون کارل فیشر حجم سنجی برای تعیین محتوای آب در بسیاری از مواد استفاده می شود. در زیر تنها به نام برخی از این مواد یا صنایعی که از این روش بهره می برند ، اشاره می کنیم :

- مواد شیمیایی

- ضد یخ

- فرآورده های دارویی

- پتروشیمی

- نفت و پلاستیک

- نیروگاه های برق

- روغن های خوراکی و دانه های روغنی

- چسب ها و رنگ ها

در تمام این موارد تعیین محتوای آب به دلایل مختلف نظیر تعیین عمر قفسه ای دارو یا مواد خوراکی، بررسی آسیب پذیری مواد در مقابل خوردگی ، تعیین خصوصیات شیمیایی و کیفیت فرآورده ها و...مهم است و اندازه گیری آن نقش مهمی در فرآیند کنترل کیفی مواد اولیه یا محصولات نهایی ، دارد.

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

در این ارتباط ، نوشتار مفیدی با عنوان " کالیبراسیون یا تعیین عدد تیتر در دستگه های کارل فیشر " در وبگاه شرکت کیان شار دانش ، بخش مقالات / کارل فیشر در دسترس است.

گردآوری و تنظیم : کورش کرباسیان

 

منابع و مآخذ:

• chem.uiowa.edu/.../LUCIO%20GM%20KF-Titration%20March-2013.pdf

• http://kianshardanesh.com/article/101

• dmsc2.dmsc.moph.go.th/.../Karl%20Fischer%20Titration.pdf

• http://kianshardanesh.com/article/107

• www.gpsil.co.uk/.../#

• http://kianshardanesh.com/article/125


1399-10-15 16:35
بازدید : 250