Химические основы титрования по Карлу Фишеру

Для обеспечения стехиометрического протекания реакции Карла Фишера необходимо строгое соблюдение базовых требований ,в частности, в выборе подходящей рабочей среды и обеспечении оптимального диапазона pH.

Рабочая среда.

Решающее значение имеет выбор подходящей рабочей среды, т.е. растворителя или смеси раство­рителей, в которой растворяется проба и проводится КФ-титрование. Рабочая среда должна обес­печивать стехиометрическое протекание КФ-реакции и позволять индикацию конечной точки титрования, в ней должны растворяться проба и продукты реакции титрования. Существует не так много растворителей, удовлетворяющих всем этим требованиям.

• Метанол. Обеспечивает быстрое и стехиометрическое протекание КФ-реакции. Растворяет большинство проб и обеспечивает чувстви­тельную и надежную индикацию конечной точки. Часто применяется в смеси с другими растворителями. Содержание метанола должно составлять не менее 25%.

• 1-Пропанол и другие алканолы. Имеют большую растворяющую способность для молекул с длинной цепью, и могут использоваться в смеси с метанолом или самостоятельно при анализе высокомолекулярных соединений.

• 2-Метоксиэтанол (монометиловый эфир этиленгликоля). Применяется при протекании побочных реакций (этерификация, образование кеталей и т.п.) в присут­ствии. Титро­вание в этом растворителе протекает медленнее по сравнению с метанолом.

• 2-хлорэтанол. Подавляет побочные реакции и обеспечивает быстрое протекание реакции Карла Фишера.

• Хлороформ. Хороший растворитель для жиров. Может применяться в смеси с мета­нолом, содержание которого обычно составляет 50%, но не менее 25%. Применение в качестве рабочей среды чистого хлороформа неприемлемо вследствие изменения стехиометрии реакции Карла Фишера.

• Формамид. Улучшает растворимость полярных веществ и добавляется в метанол для опре­деления воды в протеинах. Содержание метанола в такой смеси должно составлять не менее 50%. Обычно применяется смесь с содержанием формамида 30%.

В специфических случаях могут использоваться и другие растворители.

Необходимо исключить использование апротонных растворителей, которые вызывают сдвиг стехиомет­рии реакции Карла Фишера к уравнению Бунзена и, следовательно, демонстрируют кажущееся завышение титра реактива. Изменение титра непостоянно. Оно зависит от соотношения спирта и апротонного растворителя, которое изменяется в процессе титрования вследствие наличия спирта в титранте. В итоге это приводит к неопределенному соотношению и непрерывно изменя­ющейся стехиометрии реакции, что требует точного определения титра в полностью идентичных рабочих условиях. Поэтому применение чистых апротонных растворителей в качестве рабочей среды для титрования по реакции Карла Фишера не рекомендовано.

pH.

Титрование по Карлу Фишеру имеет оптимальный диапазон pH 5...7, в котором реакция протекает быстро и стехиометрически. При более высоких значениях pH имеет место побочная реакция, медленно потребляющая йод, что приводит к наблюдаемому обращению конечной точки титрова­ния.

В сильнокислых условиях уменьшается константа КФ-реакции и снижается скорость тит­рования. На практике используется диапазон pH 4...7.

Это сбалансированное значение pH системы может быть смещено введением больших количеств сильных кислот или оснований, т.е. при определении воды в кислотах или основаниях. Такие вещества должны быть соответствующим образом нейтрализованы, например, добавлением в ра­бочую среду слабого основания, слабой кислоты или буферного раствора.

Смещающаяся или исчезающая конечная точка титрования может служить индикатором сдвига pH системы за пределы оптимального диапазона. В таких случаях следует измерить pH рабочей среды, для чего применяют стеклянный электрод, предварительно откалиброванный в водном растворе.

Однако, pH системы не следует измерять непосредственно в ячейке во избежание внесения влаги с электродом. Для этой цели отбирают порцию рабочей среды из титр-ячейки. Кроме того, оценка pH рабочей среды может проводиться посредством влажной индика­торной pH‑бумаги.