Кіріспе

Сынамадағы судың іздік мөлшерін анықтаудың химиялық әдісі. Аналитикалық химияда Карл Фишер титрациясы – сынамадағы судың іздік мөлшерін анықтау үшін кулометриялық немесе көлемдік титрация қолданылатын классикалық титрациялау әдісі. Оны 1935 жылы неміс химигі Карл Фишер ойлап тапқан. Қазіргі таңда титрациялау автоматты Карл Фишер титраторымен жүзеге асырылады.

Кулометриялық титрлеу

Титрлеу жасушасының негізгі бөлімінде анодтық ерітінді және талдау зат бар. Анодтық ерітінді спирттен (ROH), негізден (B), күкірт диоксидінен (SO2) және KI-ден тұрады. Қолданылуы мүмкін спирттерге этанол, диэтиленгликоль моноэтил эфирі немесе метанол жатады, олар кейде Карл Фишер сапасы деп аталады. Көбінесе қолданылатын негіз – имидазол. Титрлеу жасушасы сондай-ақ негізгі бөлімінің анодтық ерітіндісіне батырылған катоды бар кішірек бөліктен тұрады. Екі бөлік ион өткізгіш мембранамен бөлінеді. Pt аноды электр тізбегі арқылы ток берілген кезде KI-ден I2 шығарады. Төменде көрсетілгендей, реакция SO2-нің I2-мен тотығуы болып табылады. Әрбір моль H2O үшін 1 моль I2 қабылданады. Яғни, судың бір моліне 2 моль электрон жұмсалады. Соңғы нүкте көбінесе бипотенциометриялық титрлеу әдісімен анықталады. Анодтық ерітіндіге Pt электродтарының екінші жұбы батырылады. Детектор тізбегі титрлеу кезінде екі детектор электродтары арасында тұрақты ток күйін сақтайды. Теңдестік нүктесіне дейін ерітіндіде I бар, бірақ I2 аз. Теңдестік нүктесінде I2 артық пайда болады және кернеудің күрт төмендеуі соңғы нүктені көрсетеді. I2 шығаруға және соңғы нүктеге жетуге қажетті заряд мөлшері бастапқы үлгідегі су мөлшерін есептеу үшін қолданылуы мүмкін.

Көлемдік титрлеу

Көлемдік титрлеу кулометриялық титрлеудің негізгі қағидаларымен бірдей, бірақ бұл жағдайда анодтық ерітінді титрлеу ерітіндісі ретінде қолданылады. Титрат спирт (ROH), негіз (B), SO2 және белгілі концентрациядағы I2-ден тұрады. Бұл жағдайда негіз ретінде пиридин қолданылған. H2O-ның әрбір моліна 1 моль I2 жұмсалады. Титрлеу реакциясы жоғарыда сипатталғандай өтеді, ал соңғы нүкте жоғарыда айтылған бипотенциометриялық әдіспен анықталуы мүмкін.

Кемшіліктері мен артықшылықтары

Карл Фишер титрлеуінің (бұдан әрі – КФ) танымалдылығы оның ылғалдылықты анықтаудың басқа әдістеріне қарағанда, мысалы, дәлдік, жылдамдық және таңдаулылық сияқты бірнеше практикалық артықшылықтарына байланысты. КФ суды таңдап алады, өйткені титрлеу реакциясының өзі суды тұтынады. Ал кептіру кезінде масса жоғалуын өлшеу кез келген ұшқыш заттың жоғалуын анықтайды. Алайда, күшті тотығу-тотығу химиясы (|SO2/I2|) тотығу-тотығу белсенді үлгі құрауыштарының реагенттермен әрекеттесуі мүмкін екенін білдіреді. Осы себепті КФ диметил сульфоксиді бар ерітінділерге жарамсыз. КФ жоғары дәлдікке ие, әдетте 1% -ға дейін, мысалы, 3,00% 2,97–3,03% болып көрінеді. КФ – бұл деструктивті талдау болса да, үлгі мөлшері аз және әдетте өлшеудің дәлдігімен шектеледі. Мысалы, 0,2 мг дәлдігі бар таразыны пайдаланып, 1% дәлдікті алу үшін, үлгіде 20 мг су болуы керек, яғни 10% суы бар үлгіде 200 мг. Кулометрлер үшін өлшеу диапазоны 1–5 ppm-ден 5% -ға дейін. КФ көлемдік титрлеу 100% -ға дейін өлшеуді жеңілдетеді, бірақ 0,05% -тан аз сулы аналиттер үшін өте көп үлгі мөлшері қажет. КФ жауабы сызықтық. Сондықтан, 1% су стандартымен бір нүктелік калибрлеу жеткілікті, және калибрлеу қисықтары қажет емес. Үлгіні дайындау аз ғана қажет: сұйық үлгіні әдетте шприцпен тікелей енгізуге болады. Талдау әдетте бір минут ішінде аяқталады. Алайда, КФ дрейф деп аталатын қатеге ұшырайды, бұл өлшеуді шатастыратын судың көзге көрінбейтін кірісі. Қабырғалары шыныдан жасалған ыдыс суды сіңіреді, және егер қандай да бір су жасушаға түсіп кетсе, судың титрлеу ерітіндісіне баяу шығуы ұзақ уақытқа созылуы мүмкін. Сондықтан, өлшеуден бұрын ыдысты мұқият кептіріп, 10–30 минуттық «құрғақ жүгіру» жасау қажет, осылайша дрейф жылдамдығын есептеуге болады. Содан кейін дрейф нәтижеден алынады. КФ сұйықтықтарды өлшеуге және арнайы жабдықпен газдарды өлшеуге жарамды. Қатты заттардың басты кемшілігі – судың қолжетімді болуы және оңай метанол ерітіндісіне енгізілуі. Көптеген кең таралған заттар, әсіресе шоколад сияқты тағамдар, суды баяу және қиындықпен бөліп шығарады, сондықтан Karl Fischer реагенттерімен толық су мазмұнын сенімді түрде байланыстыру үшін қосымша күш-жігер қажет. Мысалы, үлгіні ұсақтау үшін жасушаға жоғары жылдамдықты араластырғыш орнатылуы мүмкін. КФ сумен күшті байланысатын қосылыстармен, мысалы, литий хлоридімен гидратациялық судағыдай, қиындықтарға ұшырайды, сондықтан КФ LiCl/DMAc арнайы еріткіштеріне жарамсыз. КФ автоматтандыруға жарамды. Әдетте, КФ жеке КФ титраторымен немесе көлемдік титрлеу үшін жалпы мақсаттағы титраторға орнатылған КФ титрлеу жасушасымен жүргізіледі. Сондай-ақ, жасушада қалыпты түрде талдау қиындықтары бар материалдарға арналған пештер де бар. Пештің маңызды ерекшелігі – материалды қыздырғанда судың ыдырауына жол бермеу. Пештің бекітілуі үлгілерді автоматтандыруды да қолдайды. Түсті үлгілерді UV/VIS спектрофотометриялық анықтау арқылы титрлеудің соңғы нүктесін визуалды анықтау арқылы көлемдік титрлеуді пайдалану да мүмкін.