Oznaczanie zawartości wody

Transkrypt

1 Oznaczanie zawartości wody metodą Karla-Fischera mgr inż. Monika Śmiełowska Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska

2 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. 2

3 Dlaczego oznaczamy zawartość wody? Większość naturalnych produktów zawiera wodę. Samo oznaczenie zawartości wody bywa rzadko celem samym w sobie. Jest ono przeprowadzane głównie w celu potwierdzenia/zapewnienia innych cech badanego produktu. 3

4 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; Stałość stężenia innych substancji w materiale, czystość materiału (certyfikowane materiały odniesienia); Potwierdzenie parametrów jakościowych produktu; Określenie wartości odżywczych produktu; Potwierdzenie zgodności z wymogami/normami; 4

5 Rodzaje wody w próbkach Woda zaadsorbowana woda związana mechanicznie z powierzchnią, posiadająca takie same własności fizykochemiczne jak normalna woda. 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 cząsteczki materiału(kryształu). 5

6 Rodzaje wody w próbkach 6

7 Metody oznaczania zawartości wody Grawimetryczna suszarkowa; adsorpcyjna; Termograwimetryczna Miareczkowa Destylacyjna Reakcje chemiczne Chromatograficzna Elektrochemiczna (kulometria) 7

8 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Kulometria bezpośrednia technika analityczna, w której masa analitu wyznaczana jest w oparciu o ładunek zużywany na zmianę stopnia utlenienia oznaczanego analitu (oznaczanie substancji elektrochemicznie aktywnych). Miareczkowanie kulometryczne technika analityczna, w której masa analitu wyznaczana jest w oparciu o ładunek zużywany na wygenerowanie titrantu, który następnie ilościowo reaguje zanalitem. 8

9 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Wykorzystanie praw Faraday a: 1 o Masa produktu elektrolizy jest proporcjonalna do ilości przepłyniętego ładunku. 2 o Ładunek potrzebny do wydzielenia 1 mola elektronów jest równy stałej Faraday a (F = 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] 9

10 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Wykorzystanie praw Faraday a: 1 o + 2 o 10

11 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Warunki stosowania metod kulometrycznych 100% wydajność prądowa reakcji elektrochemicznej; dokładne określenie ładunku; możliwość wyznaczenia punktu końcowego reakcji elektrochemicznej; Miareczkowanie kulometryczne: Potencjostatyczne - stały potencjał elektrody Amperostatyczne- stałe natężenie prądu 11

12 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Miareczkowanie kulometryczne: Zalety metoda bezpośrednia; miareczkowanie roztworów barwnych, nieklarownych; precyzyjne dozowanie titrantu; możliwość miareczkowania titrantami nietrwałymi; 12

13 Kulometria bezpośrednia i miareczkowanie kulometryczne Miareczkowanie kulometryczne: Wady - konieczność wyznaczenia PK; wizualnie (skrobia w jodometrii); potencjometrycznie; spektrofotometrycznie; amperometrycznie; 13

14 Metoda Karla-Fischera -rys historyczny 1.Lata30-teXXwieku-ReakcjaBunsena 2H 2 O + SO 2 + I 2 H 2 SO 4 + 2HI 2. Rok Dr. Scholz zastąpił pirydynę imidazolem 3. Rok 1998 Sigma-Aldrich Laborchemikalien wprowadziła pierwszy nietoksyczny odczynnik (Hydranal E) 14

15 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: 15

16 Metoda Karla-Fischera zasada oznaczenia Reakcje elektrodowe: Anoda (utlenianie): 2I - -2e - I 2 Katoda (redukcja): 2[RN]H + +2e - H 2 +2RN 16

17 Stanowisko do oznaczania wody metodą Karla-Fischera 17

18 Stanowisko do oznaczania wody metodą Karla-Fischera 18

19 Stanowisko do oznaczania wody metodą Karla-Fischera 19

20 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody Rodzaj próbek Próbki ciekłe np. rozpuszczalniki, oleje, pasty, smary Próbki stałe np. gleba, produkty spożywcze, produkty farmaceutyczne Próbki gazowe 20

21 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody - Próbki gazowe 21

22 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody - Próbki ciekłe 22

23 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody - Próbki stałe 23

24 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody Dodawanie próbki 1. Wielkość próbki: próbka powinna być mała nie powinna zawierać mniej niż 50 μg H 2 O (min zawartość wody w próbce:10 μg; max zawartość: 10 mg) 24

25 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody 2. Próbki ciekłe Wprowadzanie próbki za pomocą strzykawki Najlepszym sposobem określenia masy próbki jest ważenie strzykawki z próbką tuż przed wprowadzeniem próbki, a następnie zważenie pustej strzykawki 25

26 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody 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 elektrody generującej bez membrany. Próbkę należy wprowadzać przez otwór z przodu naczynka. Najlepszym sposobem określania masy wprowadzonej próbki jest ważenie łódeczki szklanej z próbką tuż przed wprowadzeniem próbki, a następnie zważenie pustej łódeczki po wprowadzeniu próbki do naczynka pomiarowego. 26

27 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody Optymalne warunki pracy Używanie dokładnie osuszonego naczynia pomiarowego z elektrodą generującą bez membrany podstawowy dryf osiągany jest w przeciągu 30 minut. Zalecane jest delikatne zamieszanie naczynia w czasie ustalania się dryfu, co prowadzi do sorpcji wilgoci pozostającej na ściankach naczynia pomiarowego. 27

28 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody Dryf Reakcje uboczne oraz penetracja wilgoci atmosferycznej powodują, iż pewna ilość jodu jest zużywana podczas kondycjonowania. Zużycie to określono pojęciem dryf, który jest prezentowany na wyświetlaczukulometruwμgh 2 O/min. 28

29 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody 29

30 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody Możliwe przyczyny problemów i środki zaradcze 1. Dryf zbyt wysoki Osadzona woda w naczyniu (np. na ściance) należy wstrząsnąć naczyniem; Reagent jest wyczerpany (brak jonów I - ) lub zanieczyszczony należy go wymienić; Wilgoć penetruje do naczynia pomiarowego (zużyte sito molekularne, dziurawa membrana, problemy z uszczelnieniem); Matryca próbki reaguje z jodem należy częściej wymieniać reagent; 30

31 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody 2. Dryf niestabilny Zbyt słabe mieszanie należy mieszać tak, aby było ono efektywne, ale nie tworzyły się pęcherzyki powietrza; Należy ustawić parametry kontrolne na wartości podstawowe; 31

32 Metoda Karla-Fischera charakterystyka metody 3. Wynik zbyt wysoki Naczynie pomiarowe nie było dobrze wykondycjonowane należy wstrząsnąć naczyniem i poczekać aż dryf się ustabilizuje; Próbka zawiera substancje, które mogą ulegać utlenieniu; Ustawićprądna400mA; Korekta dryfu jest zbyt mała, np. z niestabilnym dryfem lub manualna korekta dryfu; 32

33 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. 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. 33