Oznaczanie zawartości wody metodą Karla-Fischera · 2017. 10. 9. · Metoda Karla-Fischera...

Oznaczanie zawartości wody

metodą Karla-Fischerametodą Karla-Fischera

mgr inż. Monika Śmiełowska

Katedra Chemii Analitycznej

Wydział Chemiczny

Politechnika Gdańska

1. Dlaczego oznaczamy zawartość wody?

2. Rodzaje wody w próbkach.

3. Metody oznaczania zawartości wody.

4. Kulometria i miareczkowanie kulometryczne.

5. Metoda Karla-Fischera:

a. rys historyczny;

b. zasada oznaczenia;

c. charakterystyka metody;

6. Plan ćwiczenia.

2Oznaczanie zawartości wody metodą K-F

Katedra Chemii Analitycznej WCh PG

Dlaczego oznaczamy zawartość wody?

Większość naturalnych produktów zawiera wodę.Samo oznaczenie zawartości wody bywa rzadko celemsamym w sobie.Jest ono przeprowadzane głównie w celuJest ono przeprowadzane głównie w celupotwierdzenia/zapewnienia innych cech badanegoproduktu.



Dlaczego oznaczamy zawartość wody?

• Trwałość w trakcie przechowywania;• Możliwość zbrylania (w przypadku substancji proszkowych);• Trwałość mikrobiologiczna;• Zapewnienie odpowiednich parametrów przepływu (dla

złóż), lepkości;• Oznaczanie zawartości suchej pozostałości;• Oznaczanie zawartości suchej pozostałości;• Stałość stężenia innych substancji w materiale, czystość

materiału (certyfikowane materiały odniesienia);• Potwierdzenie parametrów jakościowych produktu;• Określenie wartości odżywczych produktu;• Potwierdzenie zgodności z wymogami/normami;



Rodzaje wody w próbkach

Woda zaadsorbowana – woda związana mechanicznie zpowierzchnią, posiadająca takie same własności fizykochemicznejak „normalna” woda.

Woda kapilarna – woda znajdująca sie w porach materiału.Woda kapilarna – woda znajdująca sie w porach materiału.

Woda higroskopijna – występuje w „powietrzno suchym”materiale zwykle w postaci kilkucząsteczkowych warstw.

Woda krystaliczna – będąca integralną częścią cząsteczkimateriału (kryształu).



Rodzaje wody w próbkach



Metody oznaczania zawartości wody

• Grawimetryczna• suszarkowa;• adsorpcyjna;

• Termograwimetryczna• Miareczkowa• Miareczkowa• Destylacyjna• Reakcje chemiczne• Chromatograficzna• Elektrochemiczna (kulometria)



Kulometria bezpośrednia i

miareczkowanie kulometryczne

Kulometria bezpośrednia – technika analityczna, w której masaanalitu wyznaczana jest w oparciu o ładunek zużywany nazmianę stopnia utlenienia oznaczanego analitu (oznaczaniesubstancji elektrochemicznie aktywnych).substancji elektrochemicznie aktywnych).

Miareczkowanie kulometryczne – technika analityczna, w którejmasa analitu wyznaczana jest w oparciu o ładunek zużywanyna wygenerowanie titrantu, który następnie ilościowo reagujez analitem.




miareczkowanie kulometryczneWykorzystanie praw Faraday’a:

1o Masa produktu elektrolizy jest proporcjonalna do ilości przepłyniętego ładunku.

2o Ładunek potrzebny do wydzielenia 1 mola elektronów jest równy stałej Faraday’a

(F = 96469 C/mol).

m – masa produktu elektrolizy [kg], k – równoważnik elektrochemiczny [g/C], Q – ładunek elektryczny [C], I – natężenie prądu [A],

t – czas [s], M – masa molowa analitu [g/mol], n – liczba elektronów, F – stała Faraday’a [C/mol]





Wykorzystanie praw Faraday’a:

1o + 2o





Warunki stosowania metod kulometrycznych

• 100% wydajność prądowa reakcji elektrochemicznej;

• dokładne określenie ładunku;

• możliwość wyznaczenia punktu końcowego reakcji • możliwość wyznaczenia punktu końcowego reakcji elektrochemicznej;

Miareczkowanie kulometryczne:

Potencjostatyczne - stały potencjał elektrody

Amperostatyczne - stałe natężenie prądu






Zalety

• metoda bezpośrednia;• metoda bezpośrednia;

• miareczkowanie roztworów barwnych, nieklarownych;

• precyzyjne dozowanie titrantu;

• możliwość miareczkowania titrantami nietrwałymi;






Wady

- konieczność wyznaczenia PK;- konieczność wyznaczenia PK;

• wizualnie (skrobia w jodometrii);

• potencjometrycznie;

• spektrofotometrycznie;

• amperometrycznie;



Metoda Karla-Fischera - rys historyczny

1. Lata 30-te XX wieku - Reakcja Bunsena

2H2O + SO2 + I2 � H2SO4 + 2HI

2. Rok 1979 - Dr. Scholz zastąpił pirydynę imidazolem2. Rok 1979 - Dr. Scholz zastąpił pirydynę imidazolem

3. Rok 1998 – Sigma-Aldrich Laborchemikalienwprowadziła pierwszy nietoksyczny odczynnik(Hydranal® E)



Metoda Karla-Fischera – zasada oznaczenia

Tradycyjna metoda wykorzystuje:

• Metanolowy roztwór jodu (I-)

• Dwutlenek siarki

• Zasadę jako bufor

Reakcje biegnące podczas oznaczania wody w próbce:

Reakcja pośrednia:

Reakcja sumaryczna:



Metoda Karla-Fischera – zasada oznaczenia

Reakcje elektrodowe:Anoda (utlenianie):

2I- - 2e- � I22

Katoda (redukcja):

2[RN]H+ +2e- � H2 +2RN



Stanowisko do oznaczania wody

metodą Karla-Fischera



Metoda Karla-Fischera – charakterystyka metody

Rodzaj próbek

• Próbki ciekłe np. rozpuszczalniki, oleje, pasty, smary

• Próbki stałe np. gleba, produkty spożywcze, produkty farmaceutyczne

• Próbki gazowe



- Próbki gazowe




- Próbki ciekłe




- Próbki stałe




Dodawanie próbki

1. Wielkość próbki:

• próbka powinna być mała

• nie powinna zawierać mniej niż 50 μg H O


• nie powinna zawierać mniej niż 50 μg H2O (min zawartość wody w próbce:10 μg; max zawartość: 10 mg)



2. Próbki ciekłe

• Wprowadzanie próbki za pomocą strzykawki

• Najlepszym sposobem określenia masy próbki


• Najlepszym sposobem określenia masy próbkijest ważenie strzykawki z próbką tuż przedwprowadzeniem próbki, a następnie zważeniepustej strzykawki



3. Próbki stałe• Gdy jest to możliwe, próbki stałe powinny być ekstrahowane

lub rozpuszczone w odpowiednim rozpuszczalniku.• Gdy próbka stała ma być bezpośrednio umieszczona w

naczynku pomiarowym, należy używać elektrodygenerującej bez membrany. Próbkę należy wprowadzać


generującej bez membrany. Próbkę należy wprowadzaćprzez otwór z przodu naczynka.

• Najlepszym sposobem określania masy wprowadzonejpróbki jest ważenie łódeczki szklanej z próbką tuż przedwprowadzeniem próbki, a następnie zważenie pustejłódeczki po wprowadzeniu próbki do naczynkapomiarowego.



Optymalne warunki pracy

• Używanie dokładnie osuszonego naczyniapomiarowego z elektrodą generującą bez membrany �


pomiarowego z elektrodą generującą bez membrany �

podstawowy dryf osiągany jest w przeciągu 30 minut.

• Zalecane jest delikatne zamieszanie naczynia w czasieustalania się dryfu, co prowadzi do sorpcji wilgocipozostającej na ściankach naczynia pomiarowego.



DryfReakcje uboczne oraz penetracja wilgociatmosferycznej powodują, iż pewna ilość jodu jestzużywana podczas kondycjonowania. Zużycie tookreślono pojęciem dryf, który jest prezentowany na


określono pojęciem dryf, który jest prezentowany nawyświetlaczu kulometru w μg H2O/min.



Możliwe przyczyny problemów i środki zaradcze

1. Dryf zbyt wysoki

• Osadzona woda w naczyniu (np. na ściance) – należywstrząsnąć naczyniem;


wstrząsnąć naczyniem;• Reagent jest „wyczerpany” (brak jonów I-) lub zanieczyszczony

– należy go wymienić;• Wilgoć penetruje do naczynia pomiarowego (zużyte sito

molekularne, dziurawa membrana, problemy zuszczelnieniem);

• Matryca próbki reaguje z jodem – należy częściej wymieniaćreagent;



2. Dryf niestabilny

• Zbyt słabe mieszanie – należy mieszać tak, aby było ono efektywne, ale nie tworzyły się


było ono efektywne, ale nie tworzyły się pęcherzyki powietrza;

• Należy ustawić parametry kontrolne na wartości podstawowe;



3. Wynik zbyt wysoki

• Naczynie pomiarowe nie było dobrzewykondycjonowane – należy wstrząsnąćnaczyniem i poczekać aż dryf się ustabilizuje;


naczyniem i poczekać aż dryf się ustabilizuje;• Próbka zawiera substancje, które mogą ulegać

utlenieniu;• Ustawić prąd na 400 mA;• Korekta dryfu jest zbyt mała, np. z niestabilnym

dryfem lub manualna korekta dryfu;



Wymagania do sprawozdania

1. Strona tytułowa to kartka z rozwiązanym zadaniem, otrzymanym od prowadzącego podczas laboratorium.

2. Wstęp teoretyczny – wg wskazówek prowadzącego (max. 2 strony A4, proszę podać bibliografię i zwrócić uwagę na jej poprawne cytowanie).

3. Na podstawie wyników otrzymanych podczas laboratorium, proszę obliczyć zawartość procentową wody w badanych próbkach. Otrzymane wyniki proszę przeliczyć na wartości wyrażone jako ppm.wyniki proszę przeliczyć na wartości wyrażone jako ppm.

4. Bazując na wynikach uzyskanych w %, proszę obliczyć:• Test Q-Dixona,• Wartość średnią, odchylenie standardowe, względne odchylenie standardowe,• Niepewność pomiaru, rozszerzoną niepewność (przy k=2).

5. Proszę podać wynik wraz z niepewnością.6. Proszę zinterpretować uzyskany wynik – co może być źródłem błędu.7. Wnioski.

Proszę pamiętać o prawidłowym zapisywaniu wyników wraz z jednostkami.



Oznaczanie zawartości wody metodą Karla-Fischera · 2017. 10. 9. · Metoda Karla-Fischera...

Documents

Transcript of Oznaczanie zawartości wody metodą Karla-Fischera · 2017. 10. 9. · Metoda Karla-Fischera...