L'analyseur d'humidité de Karl Fischer (KF) fonctionne à base d'unréaction chimiqueentre l'iode et l'eau, conduit dans un environnement de solvant contrôlé, couplé àdétection électrochimiquePour déterminer précisément le point de terminaison de la réaction . Voici une ventilation de son fonctionnement:
Principe de base: la réaction de Karl Fischer
La réaction fondamentale (découverte en 1935) est:
I₂ + so₂ + 2 H₂o + base → 2Base · Hi + base · HSO₄
I₂:Iode (le titrant)
So₂:Dioxyde de soufre
H₂O:Eau (l'analyte étant mesuré)
Base:À l'origine pyridine (toxique), désormais généralement imidazole ou d'autres bases organiques (plus sûres et plus rapides) .
Prise à retenir:Cette réaction consomme1 mole d'iode (i₂) pour chaque 1 taupe d'eau (h₂o). en mesurant précisément la quantité d'iode consommée pour réagir avectousL'eau dans l'échantillon, la teneur en eau peut être calculée .
Comment fonctionne l'analyseur (étape par étape):
Exemple d'introduction:L'échantillon (solide, liquide ou gaz) est introduit dans le récipient de titrage KF . Ce navire contient leRéactif KF(mélange de solvants contenant so₂, la base, et souvent un alcool primaire comme le méthanol ou l'éthanol) .
Extraction / dissolution de l'eau:Le solvant dissout l'échantillon (si possible) et en extrait l'eau . pour les solides, cela pourrait impliquer le chauffage (four) ou l'écrasement dans le vaisseau .
Titrage:
KF volumétrique:Une bureautte dispense une solution contenant une concentration connue d'iode (i₂) dissous dans le mélange de solvants KF .
KF coulométrique:L'iode est généréélectrochimiquementDans la cellule de titration elle-même ., un courant constant passe à travers une solution d'électrolyte contenant des ions iodure (i⁻), générant i₂ à l'anode: 2i⁻ → i₂ + 2 e⁻ . La charge totale passée (coulombs) est directement proportionnelle à la quantité de i₂ générée .
La réaction:L'iode ajouté / généré réagit immédiatement avec l'eau présente dans l'échantillon, suivant la réaction KF de base ci-dessus . Ceci consomme à la fois i₂ et h₂o .
Détection de point de terminaison:La partie critique est de savoir quandtousL'eau a été réagi . Ceci est fait en utilisant une paire deÉlectrodes d'indicateur de platine (PT)immergé dans la solution .
Tant que de l'eau est présente, tout i₂ gratuit ajouté / généré estimmédiatement consommépar la réaction ., la solution reste épuisée de I₂ . libre
Une foistousl'eau est consommée, lesuivantL'incrément de i₂ ajouté / généré reste inégé dans la solution .
La présence de I₂ (et de son partenaire de réduction i⁻) crée uncourant électrochimiqueEntre les électrodes PT lorsqu'une petite tension constante est appliquée . Une augmentation nette et soutenue de ce courant signale lepoint finaldu titration .
Mesure et calcul:
Volumétrique:L'instrument mesure exactementvolumede la solution de titrage d'iode utilisé jusqu'au point de terminaison . Connaissant la concentration précise (titre) de la solution d'iode, il calcule:
Contenu en eau=(Titer of i₂ Solution) * (Volume de i₂ utilisé)
Coulométrique:L'instrument mesure le totalcharge(dans Coulombs) passé pour générer I
Contenu en eau (moles)=Charge totale (Coulombs) / (2 * 96 485 C / Mol)
Contenu en eau (grammes)=[Charge totale (Coulombs) * 18,02 g / mol] / (2 * 96 485 c / mol)
Affichage des résultats:L'analyseur calcule et affiche la teneur en humidité dans les unités courantes comme µg (microgrammes), Mg,% (poids / poids ou poids / volume), PPM, etc. .
Composants clés d'un analyseur KF:
Vection de titrage / cellule de réaction:Conteneur scellé tenant le solvant / réactif KF et échantillon .
Mergateur:Assure un mélange complet .
Burette (volumétrique):Dispensateur précis pour la solution de titrant d'iode .
Électrode du générateur (coulométrique):Paire d'électrodes où i₂ est généré à partir de i⁻ .
Électrodes d'indicateur:Paire d'électrode pt détectant le point de terminaison via la mesure actuelle .
Unité de contrôle / processeur:Contrôle le titrage, mesure les volumes / charges, détecte le point de terminaison, effectue des calculs .
Affichage / sortie:Montre les résultats, se connecte souvent aux imprimantes ou aux lims .
Volumétrique vs . coulométrique kf:
Volumétrique:
Utilise une solution de titrant avec une concentration i₂ connue .
Mieux pourContenu en eau plus élevé(généralement ~ 100 ppm à 100%) .
Échantillons communs: produits chimiques en vrac, solvants, certains aliments, pharmaceutiques (en vrac) .
Coulométrique:
Génère i₂ électrochimiquement dans la cellule .
Infiniment plus précis pourContenu à l'eau très faible / trace(jusqu'à 1 ppm ou plus bas) .
Échantillons communs: gaz, huiles, hydrocarbures, solvants purs, produits pharmaceutiques (API, excipients) .
Avantages du titrage KF:
Spécificité élevée:Détecte principalement l'eau .
Haute précision et précision:Surtout coulométrique pour les niveaux de trace .
Large gamme:Gère ppm à 100% d'eau .
Vitesse:Analyse relativement rapide par rapport aux méthodes de four .
Versatilité:Peut analyser les solides, les liquides et les gaz avec une manipulation d'échantillon appropriée .
Limitations / considérations:
Manipulation du réactif:Les réactifs KF sont souvent toxiques, hygroscopiques et nécessitent une manipulation / élimination prudente .
Interférences:Certains composés peuvent réagir directement avec les réactifs KF (e . g ., des agents oxydant / réductoires forts, certains carbonyles comme les aldéhydes / cétones, les peroxydes métalliques) ou les méthodes spécifiques à un échantillon peuvent être nécessaires .
Sélection du solvant:Le choix du bon mélange de solvants est crucial pour la dissolution des échantillons et la minimisation des interférences .
Entretien des instruments:Nécessite un entretien régulier (nettoyage des électrodes, modifiant les réactifs / septa) .