เครื่องวิเคราะห์ความชื้น Karl Fischer (KF) ทำงานตามเฉพาะปฏิกิริยาเคมีระหว่างไอโอดีนและน้ำดำเนินการในสภาพแวดล้อมของตัวทำละลายที่ควบคุมควบคู่ไปกับการตรวจทางเคมีไฟฟ้าเพื่อกำหนดจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยา . อย่างแม่นยำนี่คือรายละเอียดของวิธีการทำงาน:
หลักการหลัก: ปฏิกิริยา Karl Fischer
ปฏิกิริยาพื้นฐาน (ค้นพบในปี 1935) คือ:
i₂ + so₂ + 2 h₂o + ฐาน→ 2base · hi + base ·hso₄
I₂:ไอโอดีน (Titrant)
ดังนั้น:ซัลเฟอร์ไดออกไซด์
H₂O:น้ำ (วิเคราะห์วิเคราะห์)
ฐาน:เดิม pyridine (พิษ) ตอนนี้โดยทั่วไปแล้ว imidazole หรือฐานอินทรีย์อื่น ๆ (ปลอดภัยและเร็วขึ้น) .
กุญแจสำคัญ:ปฏิกิริยานี้ใช้1 โมลของไอโอดีน (i₂) สำหรับทุก ๆ 1 โมลของน้ำ (h₂o). โดยการวัดปริมาณไอโอดีนที่ใช้เพื่อตอบสนองอย่างแม่นยำทั้งหมดน้ำในตัวอย่างปริมาณน้ำสามารถคำนวณได้ .
เครื่องวิเคราะห์ทำงานอย่างไร (ทีละขั้นตอน):
ตัวอย่างแนะนำ:ตัวอย่าง (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) ถูกนำมาใช้ในเรือไตเตรท KF . เรือนี้มีรีเอเจนต์ KF(ส่วนผสมของตัวทำละลายที่มีSO₂, ฐานและมักจะเป็นแอลกอฮอล์หลักเช่นเมทานอลหรือเอทานอล) .
การสกัดด้วยน้ำ/การสลายตัว:ตัวทำละลายจะละลายตัวอย่าง (ถ้าเป็นไปได้) และสกัดน้ำจากมัน . สำหรับของแข็งสิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อน (เตาอบ) หรือบดภายในเรือ .}
การไตเตรท:
ปริมาตร KF:Burette แจกจ่ายสารละลายที่มีความเข้มข้นของไอโอดีน (i₂) ละลายในส่วนผสมของตัวทำละลาย KF .
Coulometric KF:ไอโอดีนถูกสร้างขึ้นอย่างทางไฟฟ้าภายในเซลล์ไตเตรทเอง . กระแสคงที่ผ่านการแก้ปัญหาอิเล็กโทรไลต์ที่มีไอออนไอโอไดด์ (i⁻), สร้างi₂ที่ขั้วบวก: 2i⁻→i₂ + 2 e⁻ . ค่าใช้จ่ายทั้งหมดที่ผ่าน (coulombs)
ปฏิกิริยา:ไอโอดีนที่เพิ่ม/สร้างขึ้นจะทำปฏิกิริยาทันทีกับน้ำที่มีอยู่ในตัวอย่างตามปฏิกิริยา KF หลักด้านบน . สิ่งนี้ใช้ทั้งi₂และh₂o .}
การตรวจจับจุดสิ้นสุด:ส่วนสำคัญคือการรู้ว่าเมื่อใดทั้งหมดน้ำได้รับการตอบสนอง . สิ่งนี้ทำได้โดยใช้คู่ของขั้วไฟฟ้าตัวบ่งชี้แพลตตินัม (PT)แช่ในโซลูชัน .
ตราบใดที่มีน้ำอยู่บริโภคทันทีโดยปฏิกิริยา . การแก้ปัญหายังคงหมดลงของฟรีi₂ .
ครั้งหนึ่งทั้งหมดน้ำถูกบริโภคต่อไปการเพิ่มขึ้นของI₂เพิ่ม/สร้างยังคงไม่ทำปฏิกิริยาในโซลูชัน .
การปรากฏตัวของฟรีi₂ (และหุ้นส่วนที่ลดลงของฉัน) สร้างไฟล์กระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด PT เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ขนาดเล็ก . การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและยั่งยืนในสัญญาณปัจจุบันนี้จุดสิ้นสุดของการไตเตรท .
การวัดและการคำนวณ:
ปริมาตร:เครื่องมือวัดที่แน่นอนปริมาณของสารละลายไอโอดีนไทรันต์ที่ใช้ไปจนถึงปลายทาง . รู้ถึงความเข้มข้นที่แม่นยำ (titer) ของสารละลายไอโอดีนมันคำนวณ:
เนื้อหาน้ำ=(titer of i₂ solution) * (ปริมาตรของI₂ใช้)
coulometric:เครื่องมือวัดทั้งหมดค่าใช้จ่าย(ใน Coulombs) ผ่านไปเพื่อสร้างi₂จนกระทั่งปลายทาง . โดยใช้กฎของฟาราเดย์ (1 โมลi₂=2 * 96,485 Coulombs) และอัตราส่วนโมล 1: 1 (i₂: h₂o):
ปริมาณน้ำ (โมล)=ประจุรวม (coulombs) / (2 * 96,485 c / mol)
ปริมาณน้ำ (กรัม)=[ประจุรวม (coulombs) * 18.02 g/mol]/(2 * 96,485 c/mol)
ผลการแสดงผล:เครื่องวิเคราะห์คำนวณและแสดงปริมาณความชื้นในหน่วยทั่วไปเช่น µg (ไมโครกรัม), MG, % (น้ำหนัก/น้ำหนักหรือน้ำหนัก/ปริมาตร), ppm, ฯลฯ .
องค์ประกอบสำคัญของเครื่องวิเคราะห์ KF:
เรือไตเตรท/เซลล์ปฏิกิริยา:คอนเทนเนอร์ที่ปิดผนึกถือตัวทำละลาย/รีเอเจนต์ KF และตัวอย่าง .
เครื่องประดับ:ทำให้มั่นใจได้ว่าการผสมอย่างละเอียด .
Burette (ปริมาตร):เครื่องจ่ายยาที่แม่นยำสำหรับโซลูชันไอโอดีนไทรันต์ .
อิเล็กโทรดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (coulometric):คู่อิเล็กโทรดที่I₂ถูกสร้างขึ้นจากi⁻ .
อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้:คู่อิเล็กโทรด PT ตรวจจับจุดสิ้นสุดผ่านการวัดปัจจุบัน .
หน่วยควบคุม/โปรเซสเซอร์:ควบคุมการไตเตรทมาตรการวัดปริมาณ/ประจุตรวจจับจุดสิ้นสุดดำเนินการคำนวณ .
แสดง/เอาต์พุต:แสดงผลลัพธ์มักจะเชื่อมต่อกับเครื่องพิมพ์หรือ LIMS .
ปริมาตร vs . coulometric kf:
ปริมาตร:
ใช้โซลูชัน titrant ที่มีความเข้มข้นของI₂ที่รู้จัก .
ดีกว่าสำหรับปริมาณน้ำที่สูงขึ้น(โดยทั่วไป ~ 100 ppm ถึง 100%) .
ตัวอย่างทั่วไป: สารเคมีจำนวนมากตัวทำละลายอาหารบางชนิดยา (จำนวนมาก) .
coulometric:
สร้างi₂ electrochemically ภายในเซลล์ .
แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับปริมาณน้ำต่ำ/ติดตาม(ลงไปที่ 1 ppm หรือต่ำกว่า) .
ตัวอย่างทั่วไป: ก๊าซ, น้ำมัน, ไฮโดรคาร์บอน, ตัวทำละลายบริสุทธิ์, ยา (APIs, excipients) .
ข้อดีของการไตเตรท KF:
ความจำเพาะสูง:ส่วนใหญ่ตรวจพบน้ำ .
ความแม่นยำสูงและความแม่นยำ:โดยเฉพาะอย่างยิ่ง coulometric สำหรับระดับการติดตาม .
ช่วงกว้าง:จัดการ PPM ถึงน้ำ 100% .
ความเร็ว:การวิเคราะห์ค่อนข้างเร็วเมื่อเทียบกับวิธีการเตาอบ .
ความเก่งกาจ:สามารถวิเคราะห์ของแข็งของเหลวและก๊าซที่มีการจัดการตัวอย่างที่เหมาะสม .
ข้อ จำกัด/ข้อควรพิจารณา:
การจัดการรีเอเจนต์:รีเอเจนต์ KF มักจะเป็นพิษ, hygroscopic และต้องการการจัดการ/การกำจัดอย่างระมัดระวัง .
การรบกวน:สารประกอบบางชนิดสามารถทำปฏิกิริยาโดยตรงกับรีเอเจนต์ KF (e . g ., สารออกซิไดซ์/ลดที่แข็งแกร่ง, คาร์บอนิลบางชนิดเช่นอัลดีไฮด์/คีโตน, เมทัลเปอร์ออกไซด์) หรือรบกวนการตรวจจับปลายทาง .
การเลือกตัวทำละลาย:การเลือกส่วนผสมของตัวทำละลายที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการละลายตัวอย่างและการลดการรบกวนให้น้อยที่สุด .
การบำรุงรักษาเครื่องมือ:ต้องมีการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ (ขั้วไฟฟ้าทำความสะอาดการเปลี่ยนรีเอเจนต์/septa) .