Титруването по Карл Фишер (KF) е референтният метод за измерване на съдържанието на вода в течности, твърди вещества и газове. За разлика от загубата-при-сушене, KF е специфичен за водата-а не за общото летливо съдържание.
Двете техники -обемна и кулометрична-използват една и съща основна реакция, но се различават по начина, по който се доставя йодът. Изборът на грешен губи чувствителност или прави проби с висока{3}}влага непрактични за провеждане.
Реакцията на Карл Фишер (и двата метода)
И двете техники разчитат на реакцията на Бунзен:
ROH + SO₂ + 3RN + I₂ + H2O → (RNH)•SO₄R + 2(RNH)I
Една молекула вода консумира една молекула йод. Крайната точка се открива, когато цялата вода в пробата реагира. KF е селективен за H₂O-, но редокс{3}}активните компоненти на пробата (напр. DMSO) могат да повлияят.
Основна разлика: как се доставя йодът
| Характеристика | Обемен KF (KFT) | Кулонометричен KF (KFC) |
|---|---|---|
|
Източник на йод |
Добавен от бюрета (титрант с известна концентрация на I₂) |
Генериран електрохимично в клетката: 2I⁻ → I₂ + 2e⁻ |
|
Принцип |
Обем × концентрация на титрант |
Закон на Фарадей: преминал заряд ∝ генериран йод |
|
Калибриране |
Титрантът трябва да бъде стандартизиран |
Абсолютен метод - не се изисква стандартизация на титрант |
|
Типичен диапазон |
0,1% – 100% (100 ppm – 100%) |
0,001% – 1% (1 ppm – 5%) |
|
Граница на откриване |
~100 µg вода |
1-10 µg вода |
|
Най-доброто за |
Проби с по-висока влажност |
Следи от влага, ppm-анализ на ниво |
|
Клетъчен дизайн |
Периодично се добавя титрант; клетката може да бъде отворена за проби |
Запечатана клетка - идеална за газове и течности с ниска{1}}влага |
Основно правило: висока вода → обемен. Проследяване на вода → кулонометрия.
Обемно титруване по Карл Фишер
Йодът се доставя от моторизирана бюрета, съдържаща KF реагент с известна концентрация на йод.
Едно-компонентно срещу дву-компонентно
| Тип | Описание | Типична употреба |
|---|---|---|
|
Едно-компонентно (композитно) |
Единичен реагент (ROH + SO₂ + основа + I₂) |
Рутинни течни проби, разтворени твърди вещества |
|
Двукомпонентен- |
Отделете титранта (I₂ в алкохол) и разтворителя (SO₂ + основа) |
Проби, несъвместими с композитен разтворител |
Предимства
Понася високо съдържание на вода до 100%
Практично за проби с > 0,1% (1000 ppm) влага
Гъвкави реагентни системи за трудни матрици
Подходящ за по-големи размери на проби при умерени нива на влага
Ограничения
По-малко чувствителен при много ниска влажност - непрактично под ~0,05% без голяма маса на пробата
Изисква стандартизация на титранта и поддръжка на реагента
По-голям мъртъв обем в бюретната система
Типични приложения
Химикали и разтворители с висока{0}}влага
Хранителни и фармацевтични продукти със значително водно съдържание
Водно съдържание на суров нефт (ASTM D4006 - често обемно)
Проби, при които водата е основен компонент
Кулонометрично титруване по Карл Фишер
Йодът се генерира in situ на анода чрез окисление на йодид в кулонометричната клетка:
2 I⁻ → I₂ + 2e⁻
Консумираната вода се изчислява от общото зареждане:
1 mg H₂O=10.72 кулони
При 100% токова ефективност кулонометрията е абсолютен метод-не е необходимо калибриране на бюрета. Все още се препоръчва редовна проверка със сертифицирани водни стандарти.
Предимства
Най-високата чувствителност - открива 1–10 µg вода
Идеален за ppm-ниво на влажност (1 ppm – 5%)
Запечатана клетка за титруване - минимално влияние върху атмосферната влага
Отличен за газове и течности с ниска{0}}влага без често отваряне на клетката
Определен референтен метод за водно съдържание в много стандарти
Ограничения
Not suitable for high-moisture samples (>~1–5%) - изчерпва капацитета на клетката
По-малък абсолютен воден капацитет за определяне
По-чувствителни към кондиционирането на клетките и качеството на реагента
Размерът на пробата трябва да се контролира за анализ на следи
Типични приложения
Трансформаторно изолационно масло - влага в ppm (ASTM D1533, IEC 60814)
Смазочни материали и хидравлични течности
Измерване на влажността на елегаз
Електронни разтворители и полимери-
Фармацевтични суровини (спецификации с ниска влажност)
Една-до-таблица за сравнение
| Критерий | Обемни KF | Кулонометричен KF |
|---|---|---|
|
Водна гама |
100 ppm – 100% |
1 ppm – 5% |
|
Чувствителност |
Умерен |
Много високо |
|
Доставяне на йод |
Бюрета (ръчна/автоматична) |
Електрохимично генериране |
|
Стандартизация |
Изисква се за титрант |
Не е задължително (абсолютно) |
|
Примерен тип |
Течности, твърди вещества (с пещ), някои газове |
Течности, газове, твърди вещества (с пещ) |
|
Трансформаторно масло (ppm) |
Възможно, но не идеално |
Предпочитан метод |
|
Проби с висока влажност |
Предпочитан |
Не е подходящо |
|
Цена / сложност |
Умерен |
Умерено до по-високо |
|
Пропускателна способност |
По-високо за мокри проби |
Оптимизиран за работа с проследяване |
Метод на фурната на Карл Фишер (и двете техники)
За неразтворими, реактивни или свързани водни проби, KF пещ загрява пробата и пренася освободената водна пара в титруващата клетка чрез сух газ-носител.
| Примерен тип | Фурна + KF полза |
|---|---|
|
Пластмаси и полимери |
Освобождава свързана вода при повишена температура |
|
Соли и твърди вещества |
Няма директен контакт с KF реактив |
|
Трансформаторно масло (някои лаборатории) |
Алтернатива на директното впръскване за трудни матрици |
|
Материали за литиева батерия |
Изпускане на-вода при висока температура |
Както обемните, така и кулонометричните клетки могат да се свържат с KF фурна-изборът все още следва очаквания диапазон на водно съдържание.
Влага на трансформаторно масло: кой метод?
Влажността на трансформаторното масло обикновено се отчита в ppm (mg/kg). Допустимите нива често са < 10–30 ppm за-работно масло в зависимост от класа на напрежение.
| Състояние на маслото | Типична влага | Препоръчителен KF метод |
|---|---|---|
|
Ново масло |
10–20 ppm |
Кулонометричен |
|
Масло в-работа (добро) |
15–35 ppm |
Кулонометричен |
|
Масло в-работа (критично) |
>50 ppm |
Кулонометричен (все още работи); възможен обемен |
|
Силно замърсено масло |
>500 ppm |
Обемният може да е по-практичен |
Стандарти:
ASTM D1533 - вода в изолационни течности чрез кулонометричен KF
IEC 60814 - съдържание на вода в изолационни течности
Huazheng предлага HZWS-Z6 (автоматичен кулонометричен KF влагомер) и HZ1220 (обемно и кулонометрично комбинирано оборудване за KF титруване) за трансформаторно масло и лабораторен анализ на влага.
Как да изберем: ръководство за вземане на решения
Очаквано водно съдържание?
│
├─ > 0,1% (1000 ppm) → Обемен KF
├─ 0,001% – 1% (10 ppm – 1%) → Кулонометричен KF
└─ < 10 ppm (следи) → Кулонометричен KF (задължителен)
Също така вземете предвид:
| Фактор | Обемни | Кулонометричен |
|---|---|---|
|
Пробата е газ |
възможно |
Предпочитан (запечатана клетка) |
|
Пробата се разтваря слабо |
Фурна + или |
Фурна + кулонометрия за следа |
|
Висока производителност на мокри проби |
да |
не |
|
Референтна / калибрираща лабораторна работа |
И двете валидни |
Кулонометрия като справка |
|
Единичен инструмент за лаборатория |
Комбиниран модул (напр. HZ1220) |
Комбинирана единица |
Точност и повторяемост
И двата метода обикновено постигат ±1% относителна точност за наличната вода, когато се използват правилно-например 3,00% се чете като 2,97–3,03%.
За работа с кулонометрични следи, точността зависи от:
Прецизност на претеглянето (необходима е достатъчна абсолютна водна маса)
Кондициониране на клетката и свежест на реагентите
Избягване на проникване на атмосферна влага
Редовна стандартна проверка на водата
За обемна работа при ниска влажност размерът на пробата трябва да е достатъчно голям, за да осигури измерима водна маса-често непрактично под 0,05% без претегляне на стотици mg проба.