دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator)

تاریخ انتشار : 2025/01/03

دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator) ابزاری است که به‌طور خاص برای اندازه‌گیری دقیق میزان آب موجود در نمونه‌های مختلف استفاده می‌شود. این دستگاه بر اساس واکنش شیمیایی خاصی که بین آب و ید در حضور یک حلال و الکترولیت انجام می‌شود، عمل می‌کند. دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator) یکی از ابزارهای پرکاربرد در آنالیز شیمیایی است که برای اندازه‌گیری محتوای آب (رطوبت) در نمونه‌های مختلف استفاده می‌شود. این دستگاه دقت و سرعت بالایی در تعیین مقادیر بسیار کم آب دارد و در صنایع داروسازی، پتروشیمی، مواد غذایی، و آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت بسیار کاربردی است.

 

روش کارل فیشر چیست؟

روش کارل فیشر بر اساس یک واکنش شیمیایی بین آب و محلول کارل فیشر (شامل ید، سولفور دی‌اکسید، و یک باز مانند ایمیدازول) عمل می‌کند. این واکنش مقدار آب موجود در نمونه را با دقت بالا تعیین می‌کند. تیتراسیون کارل فیشریک روش پتانسیل سنجی که مقدار جا مانده آب را در ماده آنالیز می‌کند. یک مثال حل شده در متانول است که با روش کارل فیشر تیتراسیون می‌شود. این روش شامل ید است که به خوبی در آب حل می‌شود. بنابراین مقدار آب را می‌توان با نشان دادن پتانسیل الکتریکی یودهای اضافی تخمین زد. این روش در سال ۱۹۳۵ توسط شیمیدان آلمانی کارل فیشر ابداع شد.

برای استفاده در فرآیند تیتراسیون از محلول کارل فیشر استفاده می شود. تیتراسیون کارل فیشر برای تعیین میزان آب درون نمونه کاربرد دارد. اساس کار این روش بر مبنای واکنش زیر است:

                                                                       

در واکنش بالا توجه شود که آب درون نمونه است که وارد واکنش شده و با محاسبه میزان انجام واکنش، می توان مقدار آب درون نمونه را محاسبه نمود.

برای تعیین آب توسط کارل فیشر دو روش مختلف وجود دارد.

1. تیتراسیون KF حجمی
2. تیتراسیون KF کولومتریک

در روش حجمی، ماده سوزاننده مستقیما توسط یک بورت به نمونه افزوده می شود. اما با استفاده از روش کولومتریک، تیترانت در سلول تیتراسیون و به شکل الکتروشیمیایی تولید می‌شود. در روش کولومتریک سطح آب بسیار کمتر از روش حجمی اندازه‌گیری می گردد.

توجه شود که در هر دو روش نمونه به ظرف تیتراسیون منتقل و حل شده و سپس تیتر می‌گردد. لازم به ذکر است که برخی از نمونه ها در هیچ حلالی قابل حل نیستند. برخی هم می توانند با معرف های KF واکنش های جانبی ایجاد کنند.

انواع تیتراسیون کارل فیشر

1. تیتراسیون حجمی (Volumetric Karl Fischer):
   • مناسب برای نمونه‌هایی با محتوای آب بالاتر از ۰٫۱%.
   • تیترانت به محلول اضافه می‌شود و مقدار آب بر اساس حجم مصرفی تیترانت محاسبه می‌شود.
2. تیتراسیون کولومتریک (Coulometric Karl Fischer):
   • مناسب برای نمونه‌هایی با محتوای آب بسیار پایین (کمتر از ۰٫۱%).
   • جریان الکتریکی ید را در محلول تولید می‌کند و مقدار آب بر اساس شدت جریان محاسبه می‌شود.

اجزای اصلی دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator)

1. سل تیتراسیون:
   • محفظه‌ای که نمونه و محلول تیترانت در آن قرار می‌گیرند.
2. سیستم تزریق:
   • برای افزودن دقیق تیترانت یا نمونه.
3. الکترودهای تشخیص نقطه پایانی:
   • تعیین پایان واکنش تیتراسیون.
4. واحد کنترل و نرم‌افزار:
   • برای کنترل فرآیند تیتراسیون و ثبت داده‌ها.
5. دیسپنسر تیترانت:
   • جهت تزریق دقیق تیترانت به محلول.

 

مراحل کار با دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator)

1. آماده‌سازی دستگاه:
   • پر کردن سل تیتراسیون با محلول کارل فیشر و کالیبراسیون دستگاه.
2. تزریق نمونه:
   • نمونه به سل تیتراسیون اضافه می‌شود.
3. تیتراسیون:
   • محلول تیترانت به سل اضافه شده و واکنش انجام می‌شود.
4. تشخیص نقطه پایانی:
   • با استفاده از تغییرات پتانسیل الکترودها یا جریان الکتریکی، نقطه پایان مشخص می‌شود.
5. محاسبه و نمایش نتیجه:
   • دستگاه میزان آب موجود در نمونه را محاسبه و نمایش می‌دهد.

مزایای دستگاه کارل فیشر تیتراتور (Karl Fischer Titrator)

1. دقت بالا:
   • قابلیت اندازه‌گیری مقادیر بسیار کم آب (ppm-level).
2. سرعت:
   • تحلیل سریع نمونه‌ها.
3. انعطاف‌پذیری:
   • قابل استفاده برای مایعات، جامدات، و گازها.
4. استفاده آسان:
   • دارای نرم‌افزارهای کاربرپسند برای کنترل و مدیریت داده‌ها.

معایب

• هزینه بالای دستگاه و مواد مصرفی.
• حساسیت به آلودگی و نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای.
• نیاز به اپراتور آموزش‌دیده.

کاربردهای دستگاه کارل فیشر تیتراتور

1. صنایع داروسازی:
   • اندازه‌گیری رطوبت در مواد اولیه و محصولات نهایی.
2. پتروشیمی:
   • تعیین محتوای آب در سوخت‌ها، روغن‌ها، و مواد شیمیایی.
3. مواد غذایی:
   • تحلیل محتوای آب در محصولات غذایی و اطمینان از کیفیت آن‌ها.
4. صنایع رنگ و رزین:
   • اندازه‌گیری آب در رزین‌ها و حلال‌ها.
5. آزمایشگاه‌های تحقیقاتی:
   • کاربرد در پروژه‌های تحقیقاتی و توسعه مواد.

برندهای معروف دستگاه کارل فیشر تیتراتور

1. Metrohm:
   • پیشرو در تولید دستگاه‌های دقیق کارل فیشر.
2. Mettler Toledo:
   • ارائه دستگاه‌های پیشرفته با نرم‌افزارهای کاربردی.
3. Hanna Instruments:
   • مقرون‌به‌صرفه و مناسب برای آزمایشگاه‌های کوچک.
4. Shimadzu:
   • دستگاه‌هایی با دقت بالا و طراحی صنعتی.
5. Anton Paar:
   • متخصص در تولید تجهیزات پیشرفته برای کاربردهای صنعتی.