METODO DE KARL FISHER

IntroduccinEl contenido de humedad es un factor crtico de calidad en la mayora 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 farmacutica de alimentos; tambin 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 ms comn la determinacin de la cantidad de agua presente en una muestra en la industria en general.Existen mtodos 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 voltil al momento de llevar a cabo el clculo de humedad, generando con esto un error considerable en la determinacin.

Mtodo de Karl FischerUna manera confiable, eficiente y ampliamente aceptada para conocer el contenido de agua presente en un producto es mediante el mtodo de Karl Fischer; es decir, segn la reaccin descubierta por el cientfico alemn del mismo nombre, la cual Involucra un mecanismo de reaccin complejo en el que participan diversas sustancias qumicas indispensables para poder llevar a cabo dicha reaccin, entre ellas el Iodo, sustancia que reacciona de manera directa con el agua presente en la muestra a analizar en proporcin de uno a uno.Es importante mencionar que la cantidad de Iodo que es utilizado durante el proceso debe ser medido con precisin para tener resultados confiables.Dependiendo de la concentracin de agua a medir, existen dos variantes del mtodo que pueden ser utilizados:- Volumtrico: Capaz de detectar alta concentracin de humedad en un rango de20 ppm a 100%- Columtrico: Utilizado para detectar trazas de humedad del orden de 10 g a 10 mg.De manera sencilla, podemos explicar el mtodo volumtrico, el cual tiene mayor aplicacin en el mercado, en 2 pasos generales:Adicin automtica y controlada de la solucin 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 reaccin 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 reaccin ha llegado a su punto final.

Determinacin de la humedad con la valoracin Karl FischerPrincipio:El mtodo Karl Fischer se utiliza como mtodo de referencia para numerosas sustancias.Se trata de un procedimiento de anlisis qumico basado en la oxidacin de dixido de azufre con yodo en una solucin de hidrxido metlico.En principio, tiene lugar la siguiente reaccin qumica:

H2O + I2 + SO2 + CH3OH + 3RN -> [RNH]SO4CH3 + 2[RNH]I

La valoracin se puede realizar de forma volumtrica o coulomtrica.En el mtodo volumtrico se aade una solucin 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 solucin Karl Fischer con contenido en yodo.En el mtodo coulomtrico, el yodo que toma parte en la reaccin se genera directamente en la clula de valoracin por oxidacin electroqumica 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.

Aplicacin:La valoracin Karl Fischer es un mtodo de determinacin de la humedad especfico para el agua y apto para muestras con un gran contenido en humedad (anlisis por volumetra) o con contenidos de agua dentro del margen ppm (coulometra).Se desarroll originalmente para lquidos no acuosos, pero es apta tambin para slidos, si son solubles o si el agua que contienen puede eliminarse calentndolos en una corriente de gas o mediante extraccin.

Valoracin culombimtricaEl compartimento principal de la celda de valoracin contiene en el nodo el valorante (reactivo de Karl Fischer) ms la solucin del analito. El reactivo de Karl Fischer es un tipo de disolucin estndar de iodo para la determinacin de agua.2 Este reactivo est constituido por I2, una base (B) normalmente imidazol o piridina y SO2 en proporcin 1:3:10, disueltos en un alcohol (ROH), el ms utilizado suele ser el metanol anhidro.

La celda de valoracin consta tambin de un pequeo compartimento con un (nodo) sumergido en la solucin del nodo del compartimento principal. Los dos compartimentos estn separados por una membrana permeable a los iones. La fuerza del reactivo est determinada por su contenido de iodo.

El nodo de platino genera I2 cuando se proporciona corriente elctrica al circuito. La reaccin neta como se muestra a continuacin es la oxidacin 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.

BI2 + BSO2 + B + H2O 2BH+I + BSO3BSO3 + ROH BH+ROSO3Si utilizamos piridina (C5H5N) y metanol (CH3OH), la reaccin global quedara de la forma:

I2 + SO2 + CH3OH + 3 C5H5N + H2O 2 C5H5NH+I- + C5H5NH+SO4CH3-El iodo se reduce a ion ioduro y el dixido de azufre se oxida al complejo de ion sulfato. Para que tenga lugar la reaccin es imprescindible la presencia de agua.

El punto final se detecta la mayora de las veces mediante un mtodo bipotenciomtrico. Un segundo par de electrodos de Pt estn sumergidos en la solucin de nodo. El circuito detector mantiene una corriente constante entre los dos electrodos del detector durante la valoracin. Antes del punto de equivalencia, la solucin contiene I- pero poco I2. En el punto de equivalencia, aparece un exceso de I2 y una abrupta cada 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.Valoracin volumtricaLa valoracin volumtrica se basa en los mismos principios que la valoracin culombimtrica, salvo que la solucin del nodo anterior ahora se utiliza como solucin valorante. El valorante se compone igualmente de un alcohol (ROH), una base (B), SO2 y de I2 en concentracin conocida.

Se consume un mol de I2 por cada mol de H2O. La reaccin de valoracin procede como anteriormente, y el punto final puede establecerse visualmente por el color caf dado por el exceso de reactivo, pero es ms comn que se determine por un mtodo electroanaltico como el descrito anteriormente. El reactivo se valora peridicamente mediante la titulacin de soluciones estndar de agua en metanol o bien un estndar de tartrato de sodio deshidratado

Ventajas del anlisisLa popularidad de la titulacin de Karl Fischer se debe en gran parte, a varias ventajas prcticas que tiene sobre otros mtodos de determinacin de la humedad, incluyendo:

Alta exactitud y precisin Selectividad para el agua Requiere slo pequeas cantidades de muestra Fcil preparacin de la muestra Anlisis de corta duracin Rango de medicin casi ilimitado (1 ppm a 100%) Utilidad para el anlisis de:1. Slidos2. Lquidos3. Gases Independencia de la presencia de otros compuestos voltiles Facilidad de automatizacin La ventaja ms importante del mtodo de Karl Fischer sobre los mtodos trmicos de determinacin de humedad por prdida en el secado convencional es su especificidad para el agua. La prdida por desecacin detecta la prdida de cualquier sustancia voltil.