Состав реактива Фишера: компоненты, их пропорции и функциональное назначение в методике титрования

Метод титрования Карла Фишера: определение воды в органических жидкостях

Содержание воды является важной характеристикой качества многих видов химической продукции. В основе метода Карла Фишера лежит многостадийная реакция окисления диоксида серы иодом при участии содержащейся в пробе воды в присутствии оснований (B) в среде алифатического спирта (ROH), протекающая по суммарному уравнению:

SO₂ +I₂ + ROH + 3B +H₂O = BH⁺ ROSO₃^- + 2BH⁺ + 2I^-

В качестве основания в современных реактивах Фишера вместо токсичного пиридина используется имидазол. Правильный выбор рН раствора и концентраций реагентов гарантирует стехиометрическое соотношение между иодом и водой 1:1.

Метод титрования Карла Фишера характеризуется высокой точностью, селективностью, скоростью, не требует градуировки (абсолютный метод анализа). Мешающее влияние на титриметрическую реакцию оказывают вещества, способные вступать в окислительно-восстановительные процессы с иодом или иодидами (Cu2+, Fe3+, Sn2+, Cr2+, тиосульфат, меркаптаны, гидроксиламины, фенолы, прочие), или реагировать с выделением воды в условиях титрования (альдегиды, кетоны, некоторые кислоты, силоксаны).

В классическом способе титрования методом Карла Фишера в колбу с раствором анализируемой пробы в рабочей среде прибавляют раствор титранта, содержащий все необходимые для реакции вещества: I2, SO2, основание, спирт. Такой титрант позднее в литературе получил название «композитный». В методе титрования Карла Фишера требуется регулярная установка титра раствора титранта, так как со временем реактив деградирует.

При двухкомпонентном волюмометрическом титровании по Карлу Фишеру вещества, участвующие в реакции, разделены. Раствор титранта содержит иод в точно определенной концентрации, а растворитель проб содержит SO2, спирт и органическое основание. Преимуществами такой системы титрования являются стабильность, более высокая скорость протекания титриметрической реакции, высокая точность, длительный срок хранения реактивов.

В настоящее время на рынке широко представлены полуавтоматические и автоматические волюмометрические титраторы с электрохимическим детектированием конечной точки титрования. Волюмометрическое титрование по методу Карла Фишера находит применение для образцов с высоким содержанием воды: от 1000 ppm.

При кулонометрическом титровании по Карлу Фишеру иод, необходимый для реакции, генерируется электрохимическим окислением содержащегося в реактиве иодида. Аналитическим сигналом выступает количество электричества, прошедшего через ячейку, следовательно, метод является абсолютным, не требующим установки титра. В кулонометрических ячейках многих современных титраторов анодное пространство отделено от катодного пористой диафрагмой, которая предотвращает восстановление иода на катоде и устраняет мешающее влияние продуктов электрохимического восстановления сульфита. Для заполнения такой ячейки необходимы катодный (католит) и анодный (анолит) растворы. Проба вносится в анодный отсек ячейки. Кулонометрическое титрование применяют для образцов с низким содержанием воды: от 1 ppm.

Для успешной реализации всех видов титрования методом Карла Фишера (визуальное титрование, автоматическое волюмометрическое титрование, кулонометрическое титрование, титрование с применение печи) компания Петроаналитика разработала и предлагает широкую линейку реактивов Фишера. Оптимальный состав предлагаемых реактивов  Фишера выбран с учетом особенностей методов титрования  по Карлу Фишеру и мешающего влияния компонентов проб (альдегидов, кетонов).

Информацию о реактивах Фишера для определения воды по методу Карла Фишера производства Петроаналитика представлена ниже.  

Волюмометрические однокомпонентные реактивы для титрования

Композитные титранты
Реактив Петрофишер-КТ-1	титр 1 мг/см3
Реактив  Петрофишер-КТ-2	титр 2 мг/см3
Реактив  Петрофишер-КТ-5	титр 5 мг/см3
Реактив Петрофишер-КТ-АК	для альдегидов и кетонов, титр 2 мг/см3
Реактив Петрофишер-Р-А	раствор № 1 для приготовления композитного титранта
Реактив Петрофишер-Р-Б	раствор № 2 для приготовления композитного титранта
Рабочие среды
Реактив Петрофишер-КР-М	универсальная
Реактив Петрофишер-КР-Э	универсальная, на основе этанола
Реактив Петрофишер-КР-МХ	для неполярных проб, нефтепродуктов
Реактив Петрофишер-КР-МГ	для жиров, масел, биотоплива
Реактив Петрофишер-КР-АК	для альдегидов и кетонов
Волюмометрические двухкомпонентные реактивы
Титранты
Реактив Петрофишер-Т-2	титр 2 мг/см3
Реактив Петрофишер-Т-5	титр 5 мг/см3
Реактив Петрофишер-Т-Э-2	на основе этанола, титр 2 мг/см3
Реактив Петрофишер-Т-Э-5	на основе этанола, титр 5 мг/см3
Растворители
Реактив Петрофишер-Р-М	универсальный
Реактив Петрофишер-Р-Э	универсальный, на основе этанола
Реактив Петрофишер-Р-Н	для нефти и тяжелых нефтепродуктов
Реактив Петрофишер-Р-ПМ	для жиров, масел, биотоплива
Реактив Петрофишер-Р-НП	Для неполярных проб, нефтепродуктов
Кулонометрические реактивы
Анодные растворы (анолиты)
Реактив Петрофишер-У(А)	универсальный
Реактив Петрофишер-УЭ(А)	универсальный, на основе этанола
Реактив Петрофишер-УХ(А)	универсальный, с хлороформом для неполярных образцов
Реактив Петрофишер-НН(А)	для нефти и тяжелых нефтепродуктов
Реактив Петрофишер-ЖБ(А)	для жиров, масел, биотоплива
Реактив Петрофишер-СВ(А)	для определения следов воды
Реактив Петрофишер-Печь(А)	для приборов с печью Карла Фишера
Реактив Петрофишер-АК(А)	для альдегидов и кетонов. Используется с АК(К)
Реактив Петрофишер-БМ	для кулонометрических ячеек без диафрагмы
Катодные растворы (католиты)
Реактив Петрофишер-У(К)	для использования с реактивами У(А), УЭ(А), УХ(А), НН(А), ЖБ(А), СВ(А), Печь(А)
Реактив Петрофишер-АК(К)	для использования с реактивом АК(К)

Для метрологического обеспечения методов и средств измерений выпускается линейка стандартных образцов содержания воды (СО ВФ-ПА).

Часто задаваемые вопросы

Что такое реактив Фишера?

Реактив Фишера – это смесь веществ, применяемая для титриметрического определения воды в различных образцах.

Что в составе реактива Фишера?

Обычно это смесь йода, диоксида серы, пиридина и спирта, например, метанола. Состав реактива Фишера может меняться в зависимости от того, какой именно реактив нужен и для каких целей он будет применяться.

В чем заключается метод титрования Карла Фишера?

Метод титрования Карла Фишера основан на количественной реакции между йодом и водой. Раствор титранта дозируется в анализируемую пробу. Объем израсходованного реактива прямо пропорционален количеству воды в образце.

Можно ли приготовить реактив Фишера самостоятельно?

Лабораторное приготовление возможно, но непрактично из-за трудностей стандартизации, нестабильности титра и необходимости работы с токсичными и летучими компонентами, что требует особых условий безопасности.

Почему лучше использовать для титрования по методу Карла Фишера промышленные реактивы?

Промышленные реактивы обеспечивают высокую точность и воспроизводимость результатов при титровании по методу Карла Фишера, благодаря стабильности состава и оптимизации для анализа различных типов образцов, включая проблемные матрицы.

Ссылки:

1. Steven K. MacLeod. Moisture determination using Karl Fischer titrations. Analytical Chemistry vol 63, issue 10, 557A–566A, 1991
2. Douglas A Skoog, Donald M West. Fundamentals of Analytical Chemistry, 10th Edition, 2021
3. Eugen Scholz. Karl Fischer Titration: Determination of Water, Chemical laboratory practice, 2012
4. HYDRANAL Manual for Karl Fischer titration