Metodo Karl Fisher 547055

METODO DE KARL FISHER 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO ANALISIS DE ALIMENTOS Profesora: LANCHO, Ana CHUCUITO - PERÚ 21/04/2014

RUBIO RUBIO JUAN FRANCISCO

Introducción El contenido de humedad es un factor crítico de calidad en la mayoría de los bienes de consumo cotidiano ya que en muchos casos afecta su estabilidad o es determinante para fijar su caducidad, un ejemplo de ello son los productos de la industria farmacéutica ó de alimentos; también por conveniencia de empaque y embarque como en materias primas deshidratadas, o como en el caso de alimentos y bebidas para conocer su valor nutricional; es por ello que cada vez se vuelve más común la determinación de la cantidad de agua presente en una muestra en la industria en general. Existen métodos para determinar la humedad en muestras, como el caso del secado que hace uso de hornos o termo-balanzas, este presenta el inconveniente de cuantificar cualquier material volátil al momento de llevar a cabo el cálculo de humedad, generando con esto un error considerable en la determinación.

Método de Karl Fischer Una manera confiable, eficiente y ampliamente aceptada para conocer el contenido de agua presente en un producto es mediante el método de Karl Fischer; es decir, según la reacción descubierta por el científico alemán del mismo nombre, la cual Involucra un mecanismo de reacción complejo en el que participan diversas sustancias químicas indispensables para poder llevar a cabo dicha reacción, entre ellas el Iodo, sustancia que reacciona de manera directa con el agua presente en la muestra a analizar en proporción de uno a uno. Es importante mencionar que la cantidad de Iodo que es utilizado durante el proceso debe ser medido con precisión para tener resultados confiables. Dependiendo de la concentración de agua a medir, existen dos variantes del método que pueden ser utilizados: - Volumétrico: Capaz de detectar alta concentración de humedad en un rango de 20 ppm a 100% - Columétrico: Utilizado para detectar trazas de humedad del orden de 10 µg a 10 mg. De manera sencilla, podemos explicar el método volumétrico, el cual tiene mayor aplicación en el mercado, en 2 pasos generales: Adición automática y controlada de la solución de Iodo al sistema en el cual se encuentra contenida el agua a titular. El Iodo genera un cambio de potencial y es monitoreado con un electrodo de doble hilo de platino. Seguimiento del avance de la reacción del Iodo con el agua presente en la muestra mediante el cambio de potencial vs volumen de Iodo adicionado. Cuando el potencial decrece hasta llegar a 250 mV , se considera el momento en el cual la reacción ha llegado a su punto final.

Determinación de la humedad con la valoración Karl Fischer Principio: El método Karl Fischer se utiliza como método de referencia para numerosas sustancias. Se trata de un procedimiento de análisis químico basado en la oxidación de dióxido de azufre con yodo en una solución de hidróxido metílico. En principio, tiene lugar la siguiente reacción química: H2O

+

I2

+

SO2

+

CH3OH

+

3RN

->

[RNH]SO4CH3

+

2[RNH]I

La valoración se puede realizar de forma volumétrica o coulométrica. En el método volumétrico se añade una solución Karl Fischer que contiene yodo hasta que se advierte la primera traza de yodo sobrante. La cantidad de yodo convertido se determina a partir del volumen en bureta de la solución Karl Fischer con contenido en yodo. En el método coulométrico, el yodo que toma parte en la reacción se genera directamente en

la célula de valoración por oxidación electroquímica de yoduro hasta que se detecta una traza de yodo sin reaccionar. Puede utilizarse la ley de Faraday para calcular la cantidad de yodo generado a partir de la cantidad de electricidad consumida.

Aplicación: La valoración Karl Fischer es un método de determinación de la humedad específico para el agua y apto para muestras con un gran contenido en humedad (análisis por volumetría) o con contenidos de agua dentro del margen ppm (coulometría). Se desarrolló originalmente para líquidos no acuosos, pero es apta también para sólidos, si son solubles o si el agua que contienen puede eliminarse calentándolos en una corriente de gas o mediante extracción.

Valoración culombimétrica El compartimento principal de la celda de valoración contiene en el ánodo el valorante (reactivo de Karl Fischer) más la solución del analito. El reactivo de Karl Fischer es un tipo de disolución estándar de iodo para la determinación de agua.2 Este reactivo está constituido por I2, una base (B) normalmente imidazol o piridina y SO2 en proporción 1:3:10, disueltos en un alcohol (ROH), el más utilizado suele ser el metanol anhidro.

La celda de valoración consta también de un pequeño compartimento con un (ánodo) sumergido en la solución del ánodo del compartimento principal. Los dos compartimentos están separados por una membrana permeable a los iones. La fuerza del reactivo está determinada por su contenido de iodo.

El ánodo de platino genera I2 cuando se proporciona corriente eléctrica al circuito. La reacción neta como se muestra a continuación es la oxidación de un mol de SO2 por cada mol de I2 consumido. Un mol de I2 se consume por cada mol de H2O. En otras palabras, se consumen 2 moles de electrones por cada mol de agua.

B·I2 + B·SO2 + B + H2O → 2BH+I− + BSO3 BSO3 + ROH → BH+ROSO3− Si utilizamos piridina (C5H5N) y metanol (CH3OH), la reacción global quedaría de la forma:

I2 + SO2 + CH3OH + 3 C5H5N + H2O → 2 C5H5NH+I- + C5H5NH+SO4CH3El iodo se reduce a ion ioduro y el dióxido de azufre se oxida al complejo de ion sulfato. Para que tenga lugar la reacción es imprescindible la presencia de agua.

El punto final se detecta la mayoría de las veces mediante un método bipotenciométrico. Un segundo par de electrodos de Pt están sumergidos en la solución de ánodo. El circuito detector mantiene una corriente constante entre los dos electrodos del detector durante la valoración. Antes del punto de equivalencia, la solución contiene I- pero poco I2. En el punto de equivalencia, aparece un exceso de I2 y una abrupta caída del potencial marca el punto final. La cantidad de corriente necesaria para generar el I2 a fin de alcanzar el punto final puede utilizarse para calcular la cantidad de agua en la muestra original. Valoración volumétrica La valoración volumétrica se basa en los mismos principios que la valoración culombimétrica, salvo que la solución del ánodo anterior ahora se utiliza como solución valorante. El valorante se compone igualmente de un alcohol (ROH), una base (B), SO2 y de I2 en concentración conocida.

Se consume un mol de I2 por cada mol de H2O. La reacción de valoración procede como anteriormente, y el punto final puede establecerse visualmente por el color café dado por el exceso de reactivo, pero es más común que se determine por un método electroanalítico como el descrito anteriormente. El reactivo se valora periódicamente mediante la titulación de soluciones estándar de agua en metanol o bien un estándar de tartrato de sodio deshidratado

Ventajas del análisis La popularidad de la titulación de Karl Fischer se debe en gran parte, a varias ventajas prácticas que tiene sobre otros métodos de determinación de la humedad, incluyendo:

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Alta exactitud y precisión Selectividad para el agua Requiere sólo pequeñas cantidades de muestra Fácil preparación de la muestra Análisis de corta duración Rango de medición casi ilimitado (1 ppm a 100%) Utilidad para el análisis de: Sólidos Líquidos Gases Independencia de la presencia de otros compuestos volátiles Facilidad de automatización La ventaja más importante del método de Karl Fischer sobre los métodos térmicos de determinación de humedad por pérdida en el secado convencional es su especificidad para el agua. La pérdida por desecación detecta la pérdida de cualquier sustancia volátil.