Pentitratan Karl Fischer (KF) ialah kaedah rujukan untuk mengukur kandungan air dalam cecair, pepejal, dan gas. Tidak seperti kehilangan-pada-pengeringan, KF adalah khusus untuk air-bukan jumlah kandungan yang tidak menentu.
Kedua-dua teknik-volumetrik dan coulometrik-menggunakan tindak balas asas yang sama tetapi berbeza dalam cara iodin dihantar. Memilih yang salah membuang sensitiviti atau menjadikan sampel lembapan tinggi-tidak praktikal untuk dijalankan.
Reaksi Karl Fischer (kedua-dua kaedah)
Kedua-dua teknik bergantung pada tindak balas Bunsen:
ROH + SO₂ + 3RN + I₂ + H₂O → (RNH)•SO₄R + 2(RNH)I
Satu molekul air menggunakan satu molekul iodin. Titik akhir dikesan apabila semua air dalam sampel bertindak balas. KF adalah selektif untuk H₂O-tetapi komponen sampel aktif-redoks (cth, DMSO) boleh mengganggu.
Perbezaan teras: bagaimana iodin dibekalkan
| Ciri | KF Volumetrik (KFT) | Coulometrik KF (KFC) |
|---|---|---|
|
Sumber iodin |
Ditambah daripada buret (titran dengan kepekatan I₂ yang diketahui) |
Dijana secara elektrokimia dalam sel: 2I⁻ → I₂ + 2e⁻ |
|
Prinsip |
Isipadu × kepekatan titran |
Hukum Faraday: caj diluluskan ∝ iodin dihasilkan |
|
Penentukuran |
Titran mesti diseragamkan |
Kaedah mutlak - tiada penyeragaman titran diperlukan |
|
Julat biasa |
0.1% – 100% (100 ppm – 100%) |
0.001% – 1% (1 ppm – 5%) |
|
Had pengesanan |
~100 µg air |
1–10 µg air |
|
Terbaik untuk |
Sampel kelembapan yang lebih tinggi |
Surih kelembapan, analisis tahap-ppm |
|
Reka bentuk sel |
Titran ditambah secara berkala; sel boleh dibuka untuk sampel |
Sel tertutup - sesuai untuk gas dan-cecair lembapan rendah |
Peraturan biasa: Air tinggi → isipadu. Air surih → coulometrik.
Pentitratan volumetrik Karl Fischer
Iodin dihantar daripada buret bermotor yang mengandungi reagen KF pada kepekatan iodin yang diketahui.
Satu-komponen lwn dua-komponen
| taip | Penerangan | Penggunaan biasa |
|---|---|---|
|
Satu-komponen (komposit) |
Reagen tunggal (ROH + SO₂ + asas + I₂) |
Sampel cecair rutin, pepejal terlarut |
|
Dua-komponen |
Titran berasingan (I₂ dalam alkohol) dan pelarut (SO₂ + asas) |
Sampel tidak serasi dengan pelarut komposit |
Kelebihan
Mengendalikan kandungan air yang tinggi sehingga 100%
Praktikal untuk sampel dengan > 0.1% (1,000 ppm) kelembapan
Sistem reagen fleksibel untuk matriks yang sukar
Sesuai untuk saiz sampel yang lebih besar pada tahap kelembapan sederhana
Had
Kurang sensitif pada kelembapan sangat rendah - tidak praktikal di bawah ~0.05% tanpa jisim sampel yang besar
Memerlukan penyeragaman titran dan penyelenggaraan reagen
Isipadu mati yang lebih besar dalam sistem buret
Aplikasi biasa
Bahan kimia dan pelarut-lembapan tinggi
Makanan dan produk farmaseutikal dengan kandungan air yang ketara
Kandungan air minyak mentah (ASTM D4006 - selalunya isipadu)
Sampel di mana air adalah komponen utama
Pentitratan Karl Fischer Coulometrik
Iodin dijana secara in situ di anod melalui pengoksidaan iodida dalam sel coulometrik:
2 I⁻ → I₂ + 2e⁻
Air yang digunakan dikira daripada jumlah caj yang diluluskan:
1 mg H₂O=10.72 Coulombs
Pada kecekapan semasa 100%, coulometri ialah kaedah mutlak-tiada penentukuran buret diperlukan. Pengesahan tetap dengan piawaian air yang diperakui masih disyorkan.
Kelebihan
Kepekaan tertinggi - mengesan 1–10 µg air
Ideal untuk ppm-lembapan tahap (1 ppm – 5%)
Sel titrasi tertutup - gangguan kelembapan atmosfera yang minimum
Cemerlang untuk gas dan-cecair lembapan rendah tanpa membuka sel dengan kerap
Kaedah rujukan yang ditetapkan untuk kandungan air dalam banyak piawaian
Had
Not suitable for high-moisture samples (>~1–5%) - menghabiskan kapasiti sel
Kapasiti air mutlak yang lebih kecil setiap penentuan
Lebih sensitif kepada penyaman sel dan kualiti reagen
Saiz sampel mesti dikawal untuk analisis surih
Aplikasi biasa
Minyak penebat pengubah - kelembapan dalam ppm (ASTM D1533, IEC 60814)
Pelincir dan cecair hidraulik
Pengukuran kelembapan gas SF6
Pelarut dan polimer gred-elektronik
Bahan mentah farmaseutikal (spek kelembapan rendah)
Jadual perbandingan-dengan{1}}sebelah
| Kriteria | KF isipadu | Coulometrik KF |
|---|---|---|
|
julat air |
100 ppm – 100% |
1 ppm – 5% |
|
Sensitiviti |
Sederhana |
Sangat tinggi |
|
Penghantaran iodin |
Buret (manual/automatik) |
Penjanaan elektrokimia |
|
Penyeragaman |
Diperlukan untuk titran |
Tidak diperlukan (mutlak) |
|
Jenis sampel |
Cecair, pepejal (dengan ketuhar), beberapa gas |
Cecair, gas, pepejal (dengan ketuhar) |
|
Minyak pengubah (ppm) |
Mungkin tetapi tidak ideal |
Kaedah pilihan |
|
Sampel kelembapan tinggi |
Diutamakan |
Tidak sesuai |
|
Kos / kerumitan |
Sederhana |
Sederhana kepada lebih tinggi |
|
Throughput |
Lebih tinggi untuk sampel basah |
Dioptimumkan untuk kerja surih |
Kaedah ketuhar Karl Fischer (kedua-dua teknik)
Untuk sampel air yang tidak larut, reaktif atau terikat, ketuhar KF memanaskan sampel dan membawa wap air yang dibebaskan ke dalam sel pentitratan oleh gas pembawa kering.
| Jenis sampel | Faedah ketuhar + KF |
|---|---|
|
Plastik dan polimer |
Melepaskan air terikat pada suhu tinggi |
|
Garam dan pepejal |
Tiada sentuhan langsung dengan reagen KF |
|
Minyak pengubah (beberapa makmal) |
Alternatif kepada suntikan terus untuk matriks yang sukar |
|
Bahan bateri litium |
Pembebasan air-suhu tinggi |
Kedua-dua sel volumetrik dan koulometrik boleh digandingkan pada ketuhar KF-pilihan masih mengikut julat kandungan air yang dijangkakan.
Kelembapan minyak pengubah: kaedah yang mana?
Kelembapan minyak pengubah biasanya dilaporkan dalam ppm (mg/kg). Paras yang boleh diterima selalunya < 10–30 ppm untuk minyak dalam-bergantung pada kelas voltan.
| Keadaan minyak | Kelembapan biasa | Kaedah KF yang disyorkan |
|---|---|---|
|
Minyak baru |
10–20 ppm |
Coulometrik |
|
Dalam-minyak perkhidmatan (baik) |
15–35 ppm |
Coulometrik |
|
Dalam-minyak perkhidmatan (kritikal) |
>50 ppm |
Coulometrik (masih berfungsi); volumetrik mungkin |
|
Minyak yang sangat tercemar |
>500 ppm |
Volumetrik mungkin lebih praktikal |
Piawaian:
ASTM D1533 - air dalam cecair penebat dengan KF koulometrik
IEC 60814 - kandungan air dalam cecair penebat
Huazheng menawarkan HZWS-Z6 (meter lembapan KF koulometrik automatik) dan HZ1220 (peralatan pentitratan KF gabungan volumetrik dan koulometrik) untuk minyak pengubah dan analisis kelembapan makmal.
Cara memilih: panduan keputusan
Kandungan air yang dijangkakan?
│
├─ > 0.1% (1,000 ppm) → KF Volumetrik
├─ 0.001% – 1% (10 ppm – 1%) → Coulometrik KF
└─ < 10 ppm (surih) → Coulometrik KF (wajib)
Pertimbangkan juga:
| Faktor | Volumetrik | Coulometrik |
|---|---|---|
|
Sampel ialah gas |
mungkin |
Diutamakan (sel tertutup) |
|
Sampel larut dengan buruk |
Ketuhar + sama ada |
Ketuhar + coulometrik untuk kesan |
|
Daya tampung yang tinggi pada sampel basah |
ya |
Tidak |
|
Kerja makmal rujukan / penentukuran |
Kedua-duanya sah |
Coulometrik sebagai rujukan |
|
Instrumen tunggal untuk makmal |
Unit gabungan (cth, HZ1220) |
Unit gabungan |
Ketepatan dan kebolehulangan
Kedua-dua kaedah biasanya mencapai ±1% ketepatan relatif pada air yang tersedia apabila dikendalikan dengan betul-contohnya, 3.00% dibaca sebagai 2.97–3.03%.
Untuk kerja surih koulometrik, ketepatan bergantung pada:
Ketepatan penimbangan (memerlukan jisim air mutlak yang mencukupi)
Penyaman sel dan kesegaran reagen
Mengelakkan kemasukan lembapan atmosfera
Pengesahan standard air biasa
Untuk kerja isipadu pada kelembapan rendah, saiz sampel mestilah cukup besar untuk memberikan jisim air yang boleh diukur-selalunya tidak praktikal di bawah 0.05% tanpa menimbang ratusan mg sampel.