La titolazione di Karl Fischer, detta anche acquametria, è stata messa a punto dal chimico tedesco Karl Fischer, da cui ha preso il nome, ed è la tecnica analitica di riferimento per la determinazione del contenuto d’ acqua.

COME È STATA SCOPERTA?
Il metodo, ampiamente riconosciuto dalla comunità scientifica da quasi un secolo, si basa sulla reazione di Bunsen scoperta nel 1853 per la determinazione dello iodio e che poi Karl Fischer adattò nel 1935.

Si tratta di una reazione di ossidazione dell’anidride solforosa, a opera dello iodio.

La titolazione viene condotta in un solvente anidro, generalmente metanolo, in presenza di una base le cui funzioni sono:

• Neutralizzare l'acido solforico prodotto dalla reazione;
• Creare una soluzione tampone che stabilizzi il pH su valori compresi tra 5 e 7, ottimali per lo svolgersi della reazione.

La stechiometria esatta della reazione è stata poco nota nei dettagli fino agli anni Settanta, quando studi di cinetica appurarono che questo metodo funziona attraverso una rapida reazione in due fasi, con una relazione stechiometrica tra lo iodio (I₂) e la quantità di acqua presente nel campione.

Il processo si compone essenzialmente di due passaggi: la reazione del metanolo con l'anidride solforosa a dare un monometil-solfito che viene successivamente ossidato dallo iodio (RN rappresenta una molecola di base generica).

In questa reazione, l'acqua presente nel campione viene consumata dall'ossidazione dell'alchilsolfito ad alchilsolfato, utilizzando lo iodio fornito dal reattivo di Karl Fischer.

La base necessaria neutralizza l'intermedio acido formatosi durante il processo.

Durante la stabilizzazione dello iodio la quantità di reagente consumata è direttamente proporzionale alla quantità d’acqua presente. L’elettrodo misura il cambio di potenziale e indica la presenza/assenza di iodio libero. Si raggiunge il punto di equivalenza nel momento in cui tutta l’acqua è reagita.

MA PERCHÉ È COSÌ IMPORTANTE IL METODO KARL FISCHER?
Prima della scoperta del metodo Karl Fischer, le tecniche per determinare il contenuto di acqua nei materiali erano meno affidabili e spesso distruttive. Il metodo di Fischer si è rapidamente diffuso ed è tuttora lo standard industriale per il controllo dell’umidità in prodotti farmaceutici, alimentari, petroliferi e chimici.

Tra i vantaggi di questo metodo rientrano:

• La rapidità -->  pochi minuti del metodo KF contro qualche ora dei metodi antecedenti.
• L'alta selettività --> solo l'acqua reagisce, non gli altri composti volatili eventualmente presenti nel campione.

Questo metodo è apprezzato per la sua efficienza e versatilità, grazie alla sua selettività, alla facilità d'uso e all'ampia gamma di applicazioni.

CARLO ERBA Reagents ha rinnovato la proposta di prodotti per Karl Fischer ERBAqua®.

A differenza della vecchia gamma, dove veniva usata la piridina come base di elezione, nella nuova linea ERBAqua® la piridina è stata sostituita dall’ imidazolo, una base meno tossica e più reattiva, e da una seconda base, 2-metilimidazolo, per aumentare la stabilità e ridurre la formazione di cristalli.

PRODOTTI NECESSARI:
Per allestire una titolazione di Karl Fischer servono sempre i seguenti elementi fondamentali:

• 4 Reagenti -> Un alcool, una base, SO₂(gas), Iodio (I₂);
• Diversi solventi -> Metanolo, etanolo, cloroformio …

Si tratta di una reazione di ossidoriduzione monitorata grazie alla misurazione di una corrente elettrica.

LA CURVA DI TITOLAZIONE
La curva di titolazione descrive la variazione del segnale generato in funzione del volume del titolante aggiunto.

Inizio della titolazione: All'inizio, il segnale è basso perché l'acqua nel campione è in eccesso rispetto al reagente.

Crescita del segnale: Con l'aggiunta del reagente, l'acqua viene progressivamente consumata e il segnale aumenta.

Punto equivalente: Quando tutta l'acqua è stata consumata, il segnale raggiunge un valore massimo. Questo punto corrisponde al volume di titolante necessario per reagire con tutta l'acqua presente.

Dopo il punto equivalente: Il segnale si stabilizza o diminuisce leggermente perché viene introdotto iodio in eccesso che non trova più acqua con cui reagire.

2 TIPI DI STRUMENTI:
Oggi il metodo è stato ulteriormente perfezionato con l’uso di tecniche coulometriche e volumetriche, rendendolo ancora più preciso e veloce.

La quantità di iodio può essere misurata con due diversi strumenti in base al contenuto d’acqua previsto nel campione:

• Metodo coulometrico--> Ideale per misurare quantità d'acqua molto basse con un'elevata precisione.
• Metodo volumetrico--> Consigliato per contenuti d'acqua più alti compresi tra l'1% e il 2%.

La scelta del metodo più appropriato è essenziale per ottenere risultati precisi e affidabili.
     

TITOLAZIONE VOLUMETRICA
Il metodo Volumetrico si presenta in due sistemi:

• Monocomponente:
  Tutti i reagenti sono combinati in un’unica bottiglia e sono separati da tutti i solventi, i reagenti ERBAqua® contengono tutti gli elementi essenziali per la reazione di Karl Fischer: iodio, base, anidride solforosa e alcol. 
  La gamma ERBAqua® offre reagenti con diverse concentrazioni di iodio, consentendo di regolare la titolazione in base al contenuto d'acqua. Inoltre, è disponibile una miscela specifica senza alcol per la titolazione di aldeidi e chetoni.

VANTAGGI TITOLAZIONE VOLUMETRICA MONOCOMPONENTE:

1.  Ideale per campioni ad alto contenuto d’acqua ed è facile da usare.
2.  Velocità di titolazione elevata: grazie alla nostra nuova formulazione, il tempo medio di stabilizzazione si è dimezzato nelle stesse condizioni analitiche.
3.  Il punto di equilibrio raggiunto in modo più veloce e stabile.

• Bicomponente:
  Lo iodio è separato dagli altri reagenti, che sono condivisi coi solventi migliorando la stabilità a lungo termine delle soluzioni: nella gamma ERBAqua®, i titolanti contengono iodio a diverse concentrazioni per adattarsi a vari livelli di contenuto di acqua, mentre i solventi includono la base e il biossido di zolfo, consentendo la dissoluzione di una vasta gamma di campioni.

VANTAGGI TITOLAZIONE VOLUMETRICA BICOMPONENTE:

1. Eliminazione della frequenza delle calibrazioni;
2. Concentrazione del titolante precisa e stabile;
3. Minor consumo dei reagenti;
4. Maggior shelf-life;
5. Migliore accuratezza per basse quantità d’ acqua.

TITOLAZIONE COULOMETRICA
La titolazione coulometrica è il metodo più adatto per misurare la quantità di acqua in un campione quando questa è bassa, in genere tra 10 ppm e l'1%.

La linea ERBAqua® offre reattivi adatti per entrambi i tipi di celle di titolazione (con e senza diaframma), oltre a miscele specifiche per la titolazione di aldeidi e chetoni senza metanolo.

In entrambi i casi si ha la sintesi di iodio (I₂) nella cella di analisi (anodo) a partire dall’ ossidazione dello ioduro (I^-).

CELLE CON DIAFRAMMA: richiedono sia una soluzione anolitica che una soluzione catalitica.

CELLE SENZA DIAFRAMMA: richiedono solo una soluzione anolitica specifica, senza necessità di una soluzione catalitica.

VANTAGGI TITOLAZIONE COULOMETRICA:

1. Alta precisione per un basso contenuto d'acqua;
2. Ampio range di prodotti;
3. Lunga shelf life.

FORNI E TITOLATORI
CARLO ERBA Reagents offre anche una soluzione anolita adatta per le titolazioni coulometriche supportate da un forno.

Nel campo delle titolazioni coulometriche, l‘uso di un forno Karl Fischer consente l‘analisi di campioni solidi insolubili con punti di ebollizione elevati.

Il forno collegato all'apparecchiatura Karl Fischer riscalda il campione alla temperatura ottimale per liberare l'acqua, che viene trasportata nella cella tramite un gas essiccato (aria o azoto).

Qui avviene la reazione di Karl Fischer per misurare l'acqua rilasciata.

La temperatura del forno è regolata per evitare la decomposizione del campione, garantendo precisione e affidabilità nella titolazione, minimizzando reazioni indesiderate.

Si tratta di un sistema chiuso che previene le contaminazioni esterne e garantisce una misurazione ancora più precisa e affidabile.
  

CARLO ERBA Reagents offre diversi titolatori Karl Fischer TitroLine® 7500 KF per titolazioni volumetriche e coulometriche.
Questi titolatori possono essere adattati a un'ampia gamma di determinazioni del contenuto d'acqua del campione.
VANTAGGI:

• Facile, veloce e accurato;
• Metodi standard per varie applicazioni;
• Schermo a colori ad alta visibilità;
• Visualizzazione in tempo reale della misurazione della curva e della deriva.

STANDARD:
CARLO ERBA Reagents offre standard solidi e liquidi per verificare regolarmente il titolo dei reagenti Karl Fischer.

I nostri standard sono verificati secondo il NIST, hanno un packaging ergonomico, vengono forniti con un certificato di analisi completo e hanno una lunga shelf life.  

PRODOTTI CER TESTATI – TEMPO E RIPETIBILITA’
Nell’analisi KF l’importanza del test non è solo il successo di analisi ma anche il tempo impiegato e la ripetibilità.

E’ stato fatto un confronto tra i prodotti CARLO ERBA Reagents per KF della vecchia gamma, i nuovi prodotti ERBAqua® e i leader di mercato:

Vecchia formulazione--> reagenti + standard.

Nuova formulazione--> reagenti + 2 tipi di standard.

Leader di mercato--> reagenti + standard.   

Il risultato è che i prodotti della nuova gamma ERBAqua® sono molto più veloci rispetto alla vecchia linea e ai leader di mercato.

Per il set di dati con la stessa media, quello appartenente al vecchio range ha una deviazione standard più grande, in quanto i dati sono più dispersi rispetto al centro, rendendo il test meno preciso e quindi meno ripetibile.

Il set di dati appartenenti al nuovo range ha una minor deviazione standard rispetto al vecchio range, i dati sono infatti vicini rispetto al centro rendendo il test ripetibile e accurato.

Per concludere, la nuova linea ERBAqua® è molto più efficace e consente di determinare il titolo in minor tempo rispetto alla vecchia gamma di prodotti e ai leader di mercato, con una ripetibilità accurata.

Scopri tutti i prodotti per Karl Fischer sul nostro sito e consulta la nostra nuova brochure ERBAqua® dove troverai una semplice guida all’ uso (pagina 13) che ti consentirà, una volta selezionato il prodotto adatto alla tua applicazione, di utilizzare tutti i prodotti compatibili per la tua titolazione.