يعمل محلل الرطوبة Karl Fischer (KF) على أساس محددالتفاعل الكيميائيبين اليود والمياه ، التي أجريت في بيئة مذيب خاضعة للرقابة ، إلى جانبالكشف الكهروكيميائيلتحديد نقطة نهاية رد الفعل بدقة . إليك تفصيل لكيفية عمله:
المبدأ الأساسي: رد فعل كارل فيشر
رد الفعل الأساسي (الذي تم اكتشافه في عام 1935) هو:
i₂ + so₂ + 2 h₂o + base → 2base · hi + base · hso₄
I₂:اليود (المعايرة)
سو:ثاني أكسيد الكبريت
H₂O:الماء (يتم قياس التحليل)
قاعدة:في الأصل بيريدين (سامة) ، الآن عادةً إيميدازول أو قواعد عضوية أخرى (أكثر أمانًا وأسرع) .
الوجبات الرئيسية:هذا رد الفعل يستهلك1 مول من اليود (I₂) لكل مول من الماء (H₂o). عن طريق قياس كمية اليود المستهلكة بدقةالجميعالماء في العينة ، يمكن حساب محتوى الماء .
كيف يعمل المحلل (خطوة بخطوة):
مقدمة عينة:يتم تقديم العينة (الصلبة أو السائلة أو الغاز) في وعاء المعايرة KF .كاشف KF(خليط المذيبات يحتوي على SO₂ ، القاعدة ، وغالبًا ما يكون كحولًا أوليًا مثل الميثانول أو الإيثانول) .
استخراج/حل المياه:يذوب المذيب العينة (إن أمكن) ويستخلص الماء منه . للمواد الصلبة ، قد يتضمن ذلك التدفئة (الفرن) أو السحق داخل الوعاء .
المعايرة:
الحجمي KF:يربح الحفل حلًا يحتوي على تركيز معروف من اليود (I₂) المذاب في خليط المذيبات KF .
Coulometric KF:يتم إنشاء اليودكهروكيميائياضمن خلية المعايرة نفسها . يمر تيار ثابت من خلال محلول كهربائي يحتوي على أيونات يوديد (I⁻) ، وتوليد I₂ عند الأنود: 2i⁻ → i₂ + 2 e⁻ . يتم تمرير الشحن الكلي (coulombs) بشكل مباشر إلى كمية I₂.
رد الفعل:يتفاعل اليود المضافة/المولد على الفور مع الماء الموجود في العينة ، باتباع رد فعل KF الأساسي أعلاه . يستهلك كل من I₂ و H₂o .
اكتشاف نقطة النهاية:الجزء الحاسم هو معرفة متىالجميعتم رد فعل الماء . يتم ذلك باستخدام زوج منأقطاب مؤشر البلاتين (PT)منغمس في الحل .
طالما كان الماء موجودًا ، فأنا تم إضافته/تم إنشاؤه مجانيًااستهلكت على الفوربواسطة رد الفعل . يبقى الحل مستنفدًا من i₂ . المجاني
مرة واحدةالجميعيتم استهلاك الماء ،التاليتظل زيادة I₂ المضافة/التي تم إنشاؤها غير مفاعل في الحل .
إن وجود I₂ (وشريكها في التخفيض I⁻) يخلقالتيار الكهروكيميائيبين أقطاب PT عندما يتم تطبيق جهد ثابت صغير ثابت . زيادة حادة ومستدامة في هذه الإشارات الحاليةنقطة النهايةمن المعايرة .
القياس والحساب:
الحجمي:الأداة تقيس الدقةمقدارمن حل المعايرة اليود المستخدم حتى نقطة النهاية . مع العلم تركيز الدقيق (عيار) من محلول اليود ، فإنه يحسب:
محتوى الماء=(عيار حل I₂) * (حجم i₂ المستخدمة)
coulometric:الأداة تقيس المجموعتكلفة(في coulombs) مرت لإنشاء i₂ حتى نقطة النهاية . باستخدام قانون faraday (1 mole i₂=2 * 96،485 coulombs) ونسبة 1: 1 mole (i₂: h₂o):
محتوى الماء (مول)=شحنة إجمالية (coulombs) / (2 * 96،485 c / mol)
محتوى الماء (غرام) =
عرض النتيجة:يحسب المحلل ويعرض محتوى الرطوبة في وحدات مشتركة مثل ميكروغرام (ميكروغرامات) ، ملغ ، ٪ (الوزن/الوزن أو الوزن/الحجم) ، PPM ، إلخ .
المكونات الرئيسية لمحلل KF:
وعاء المعايرة/خلية رد الفعل:حاوية مختومة تحمل مذيب/كاشف KF وعينة .
Zirrer:يضمن الخلط الشامل .
Burtte (الحجمي):موزع دقيق لحل معايرة اليود .
قطب المولد (coulometric):زوج الإلكترود حيث يتم إنشاء i₂ من i⁻ .
أقطاب المؤشر:Pt electrode زوج يكتشف نقطة النهاية عبر القياس الحالي .
وحدة التحكم/المعالج:معايرة عناصر التحكم ، يقيس أحجام/شحنة ، يكتشف نقطة النهاية ، يقوم بحسابات .
العرض/الإخراج:يعرض النتائج ، غالبًا ما يتصل بالطابعات أو LIMS .
الحجمي VS . coulometric KF:
الحجمي:
يستخدم حل معايرة مع تركيز I₂ المعروف .
أفضل لارتفاع محتوى المياه(عادة ~ 100 جزء في المليون إلى 100 ٪) .
العينات الشائعة: المواد الكيميائية السائبة ، المذيبات ، بعض الأطعمة ، الأدوية (السائبة) .
coulometric:
يولد I₂ كهروكيميائيًا داخل الخلية .
بلا حدود أكثر دقة لمحتوى ماء منخفض جدا/تتبع(وصولاً إلى 1 جزء في المليون أو أقل) .
العينات الشائعة: الغازات والزيوت والهيدروكربونات والمذيبات النقية والمستحضرات الصيدلانية (واجهات برمجة التطبيقات ، السواغ) .
مزايا معايرة KF:
خصوصية عالية:يكتشف في المقام الأول الماء .
دقة ودقة عالية:خاصة coulometric لمستويات التتبع .
مجموعة واسعة:يعامل PPM إلى 100 ٪ من الماء .
سرعة:تحليل سريع نسبيا مقارنة بطرق الفرن .
التنوع:يمكن تحليل المواد الصلبة والسوائل والغازات مع معالجة العينة المناسبة .
القيود/الاعتبارات:
معالجة الكاشف:غالبًا ما تكون الكواشف KF سامة ، رطبة ، وتتطلب معالجة/التخلص الدقيقة .
التدخلات:يمكن أن تتفاعل بعض المركبات مباشرة مع الكواشف KF (e . g . ، عوامل أكسدة/مخفضة قوية ، قد تكون بعض الكربونيل مثل الألدهيد/الكيتون ، أو بيروكسيدات معدنية) أو تدخل مع الكشف عن نقطة النهاية .
اختيار المذيبات:يعد اختيار خليط المذيب الأيمن أمرًا ضروريًا لذوبان العينة وتقليل التداخلات .
صيانة الأدوات:يتطلب صيانة منتظمة (أقطاب التنظيف ، وتغيير الكواشف/septa) .