费休氏水分测定法

费休氏水分测定法1.绪论：水分无处不在，水分含量测定是实验室中最常见的一种方法。除了需要复杂设备的方法，如红外反射光谱，气象色谱或微波光谱等,特别介绍两种简单的方法：A.干燥法（烘箱,红外灯和红外天平）这种方法通常会出现在各种标准中,但是存在以下缺点：实际上,这种方法测定的是干燥所损失的部分，而不仅仅是水分.除了水分，还有药品中其他挥发性组分和分解的物质。必须严格按预设的条件（干燥温度和持续时间）操作，才能获得具有可比性的结果。需要很长时间才能获得结果（需要在干燥箱中数小时）。这就限制了该方法的使用,特别是在生产监控过程。B.与干燥法相比，这是一种专一性的方法。如果不发生副反应，所测定的只是水分。方法快速（通常只需几分钟）,而且可验证.因而可形成完整的证明文件。该方法自从60年前首次以来,已迅速发展成为许多实验室不可代替的方法.KarlFisher（1901-1958）,简称KF,在大部分实验室。采用KF滴定法可以同时测定游离水和结晶水,如结晶的表面水或结晶水。该方法适用范围广,可以测定ppm到100％的水分含量,结果准确,重现性好。2.原理：卡氏水分测定法是利用碘在吡啶和甲醇溶液中氧化二氧化硫所需定量的水参加反应的原理来测定样品中的水分含量，本法可适用任何溶解于费休氏试液但不与费休氏试液起化学反应的药品的水分测定，故对遇热易破坏的样品仍然能用本法测定。碘和SO是作为吡啶的加和物。卡氏试剂中作为反应物的不是SO而是SO和甲醇的222形成的单甲基亚硫酸根：2CHOH+SO—CHOH++_SOCH323233吡啶并不参与反应,而只是作为缓冲物质（如:采用水杨酸钠，在相同PH值下,反应速率相同）。所以吡啶可以用其他合适的碱（RN）代替。加入碱反应平衡显著向右移动。这说明在甲醇溶液中KF反应方程式如下式所示：HO+I+[RNH]+_SOCH+2RN ►[RNH]+_SOCH+2[RNH]+I_2233433.容量法和库仑法以下几点对两种方法都非常重要：KF试剂必须尽可能准确，精密的加入，分辨率尽可能高。滴定池必须尽可能密封,减少空气中的水分渗入。通过旋摇滴定杯中已预干燥地溶液将附着在壁上的水分除去。3-1：容量滴定法根据碘和二氧化硫在吡啶和甲醇溶液中与水起定量反应的原理，由滴定溶液颜色变化（由淡黄色变为红棕色）或用永停滴定法指示终点，利用纯化水首先标定出每1ml费休氏试液相当于水的重量（mg），在根据样品与费休氏试液的反应计算出样品中的水分含量。在上个世纪首先研制出活塞式玻璃滴定管,长用的活塞式玻璃定量管的体积有5ml,10ml或20ml分辨率可达0.25ul・・・1ul.即使采用密闭的滴定杯，每分钟空气中水分渗入的量还是有可能达到相当于20ulKF试剂的程度，滴定仪可以自动测定该值，作为空白漂移在最终计算结果中予以考虑。高含水量（绝对）样品最好采用容量法测定。容量法更使用于固体或糊状样品的测定：可以采用各种针对特殊样品的有机溶剂，将样品直接加入滴定杯测定。容量法也可以测定含水量低的样品，检测限可以低至50・・・100ppmH20o虽然KF试剂的研制取得了巨大的进步，但还是不能得到滴定度稳定的KF试剂。所以容量法的一个小缺点就是需要不断的测定KF试剂的滴定度。3-2：库仑滴定法与容量滴定法相同库仑滴定法的要求：必须具有100%的电流效率。没有副反应发生。氧化或还原必须达到确定的氧化态。库仑滴定法也是根据碘和二氧化硫在吡啶（有些号仪器改用无臭有机胺代替吡啶）和甲醇溶液中能与水起定量反应的原理来进行测定的。与容量法不同，在库仑滴定法中,碘是由含碘化物的电解液在电池阳极发生碘。库仑法水分测定主要用于测定微量水。水量大，测定需要很长的时间，并可能超过KF试剂的水分测定容量，导致不正确结果。我们（联邦制药股份有限公司）所采用的是含量法。试剂：目前试剂主要分为单组分试剂和双组分试剂：容量法分为滴定剂和溶剂，库仑法有阴极液和阳极液。目前，许多厂商都提供了多种针对特定应用而定制的KF试剂和辅助溶液。含量法的单组分试剂：含吡啶试剂和无吡啶试剂。醛酮样品水分测定专用试剂实际上我们现在用的溶剂分为两种，1是无吡啶KF试剂；2B液。—般无吡啶KF试剂可以测多种样品（除醛酮类样品，如丙酮等）—但来丙酮样品时，我们用B液测。（B液一般用来测一些水分低的样品）监测方法：为了判断KF反应的终点一即所有水分反应完全的滴定终点一需要一种监测或指示的方法。终点指示方法非常重要，是容量滴定分析是否可行的关键，与滴定剂的加入一样，直接关系到结果的重现性，准确性。5-1目视法或光度指示法：本人当时只能用目视法判断滴定终点。这个方法要求严格按程序进行，通常只能用于无色的样品溶液。当碘过量时，溶液由黄色变棕色（大量过量的碘）。这很难确定是否继续滴定的变色点。另外，变色点在极性溶剂（如甲醇和非极性溶剂（如氯仿，DMF）中颜色不同。这些方法更大的缺点是不能自动化或效验。但开始采用电位指示方法后（1940年末），这些方法很快被淘汰。5-2电位指示法：其间，建立了极化电极指示方法。最常用双铂丝或双铂环电极。双安培指示法（Upol或永停法）：这种情况，电极上施加一个最大为500mv的恒定电压，测定产生的电流。这种方法最早主要用于水相碘量法滴定。双电位指示法（Ipol）：使用这种方法，一个小的直流或交流电流施加在电极上（AC比DC更为灵敏，因此AC常用于库仑滴定），测定形成的电位。滴定曲线的形状类似于双安培法;但是，通常突越更明显更大。所有这些指示方法都存在过滴定（存在过量碘）。与目视法相比，电化学方法的优势在于：滴定总是进行到相同过量的碘过量程度（轻微），因此重现性和准确性更好。5-3仪器与用具5-4实验条件与要求：由于费休氏试液吸水性强,因此在配制,标定及滴定中所用仪器均应洁净干燥.试液的配制过程中应防止空气中的水分侵入,进入滴定装置的空气就亦应经干燥剂除湿.试剂的标定,贮存及水分滴定操作均应在僻光,干燥环境进行试剂毒性大。操作小心，环境通风，用完的废液不能倒入水池，应集中送到污水站处理。5-5仪器及器具的处理：分析天平（感量O.lmg）大台称，水分测定仪或磨口自动滴定管（最小分度值0.05mg）,永停滴定仪,电磁搅拌器•凡与试剂费休氏试液直接接触的物品，玻璃仪器须在120°C至少干烤2小时，橡皮塞在80C干烤2小时，取出置干燥器内备用。6滴定仪具有双电位和双电流两种终点指示方法。6．卡氏水分测定仪：卡氏卡氏水分测定仪的卡尔费休模式是根据指示系统测得的信号来控制滴定速率和体积增量的自动滴定系统。另外，通过相连的天平可以直接将样品量传输到滴定系统。测定结果，曲线，参数和仪器配置参数可以打印或传输到PC数句库中。两种测定法的控制参数都可以自由设置。这种有利于优化控制参数，用于困难样品或专用试剂的测定，如加入增溶剂。通常采用默认设置就可以获得良好的结果。目前，我们所用的水分仪可分为瑞士万通和梅特勒DL38和DL18。1：当达到终点后，反应缓慢的试剂（如吡啶）需要一个额外的停止延迟时间，即达到终点后，终点电位或终点电流必须维持数秒.随着新试剂的发展和仪器的改进，这个停止延迟已经被停止漂移所替代.除了达到预设电位（或电流），还必须达到一个确定的漂移值。漂移值是指为保持滴定杯干燥,单位时间需要消耗的KF试剂的量。保持滴定杯干燥要达到的漂移值通常为几个卩L/min。绝对停止漂移校正的目的，是为了达到滴定前测得的漂移值。实际上,要达到相同的漂移值所需的滴定时间相当长,因此通常建议采用相对停止漂移标准。如果采用相对停止漂移，滴定会略高于起始漂移值时停止。6-2：如果测定的水分含量极低，或者需要很长的滴定时间，则必须采用自动漂移校正。这种情况下，由漂移值和滴定时间的乘积得到漂移体积，从加入的体积中扣除。3.6-3：滴定管：5ml的滴定管，在终点区域，加液步长可低至为0.5ul。6-4：标准物质：标准水用于测定滴定度。固体物质如酒石酸二钠也可以作为标准物质。6-5：加样方式(固体和液体)标准溶液直接加入KF溶液的液面下，注射器的针头不接触液面。最后一滴溶液反抽回注射器。6-6：滴定杯水分无处不在：相对湿度为60%,25°C时，0.5ml的空气中含有约7ugH2O。所以滴定杯必须密闭；定期检查。注意滴定杯的密封圈，分子筛—检查漂移值！开始测定之前，或两次测定之间，水分测定仪会自动预干燥滴定杯。建议不时摇动滴定杯，除去附着在杯壁上的水分。获的尽可能低的恒定漂移值非常重要。7．品制备技术：在样品制备前首先是取样。特别是经常可以遇到的不均一的样品，这个初使步骤对结果的精确性具有重要影响。因此，正确的取样对随后进行的测定非常重要！许多标准方法都提供详细的相关指引，也可以使用内部指引。如果没有可供参考的指引，就必须注意以下几点：样品的水分含量必须与原始样品的平均水分含量一致-即样品必须具有代表性。.无论是否在热带的国家，潮湿空气的干扰总是存在。.吸水性样品的表面吸附大量水分。.易释放水分或风化的样品表面水分含量较低。如果水分不是以溶解形式而是以分散状态存在(沉淀或悬浮，附着在杯壁上—如石化产品。人造黄油)，液体中的水分会释放出来。同样，降低温度后，水分溶解限的下降也会使水分释放。.水分分布越不均匀，取样量应该越大。.取样必须尽可能快，样品的水分含量在转移或存储过程中不发生改变。许多样品可以直接称重并直接加入滴定杯或滴定池，只要样品可以在溶剂中溶解，且不与KF试剂发生副反应。但是，其他一些样品需要一步或更多制备步骤。更多信息可以参见相应的物质分类章节。在样品制备过程，不引入任何额外的水分非常重要，同时，也不能因加热过度引起样品的水分损失。稀释：为了获得准确的结果(样品量)，建议高含水量的样品(>40%)，在测定前先用干燥的惰性溶剂稀释。通常可以使用甲醇。溶剂萃取：有两种方式萃取-外部或在滴定过程中。通常在加热条件下进行,很少在室温进行。如果采用外部萃取,必须注意水分是不可能完全萃取出来的,所以得到的是样品和溶剂的平均水分。均化：液态水会漂浮,粘附在样品杯的内壁或沉积在底部。特别是在高温条件下取样,分析前又冷却到室温时。可将杯子置于超声波池中,利用超声波使水分重新分布均匀。加入已知确切重量和水分含量(空白值)的增溶剂(如异丙醇),也可以使游离水溶解,这种方法适用于糊状物和粘性液体。固体通常是不均匀的,必须完全混碎混匀。加热法：通过热的气流(空气或氮气)加热样品,或干燥的气流通过热的样品，两种方法释放出来的水分转移到滴定杯中,并立即滴定,设置的加热温度应尽可能高-只要样品不发生分解,没有其他干扰组分馏出，必须事先优化加热温度和持续时间，必须扣除空白。8.取样量的简单计算：TOC\o"1-5"\h\z设样品取样量为 W mg滴定度为 F mg/ml含水量为 X %消耗滴定液的体积为V ml由于我们所用仪器的滴定管体积为5.0ml,一般应控制消耗滴定液1至4ml比较好，一般按2ml来计算。所以根据待测样品的大概水分含量,按以下公式计算出取样量：W=VXF/X举例：1阿莫西林含水量为13%,滴定度为2mg,消耗滴定液体积为5.0.贝V：W=VXF/XW=V(ml)XF(mg/ml)/X(mg/100mg)=100VXF/13%=115mg也就是阿莫的进样量应为0.1g。如果样品含水量较低，而取样量又太少，消耗滴定液太少，贝测得的结果是不准确的，这样情况在实际工作中经常出现，因此在测样品前应了解样品的大概水分含量，确定合理的取样量。9．材料/基础化学物质的水分测定：无机盐盐类的可能含有附着水或内含水。测定附着水的过程必须保证盐不溶解，工作介质为1：3的甲醇/氯仿混合溶剂，切必须尽快滴定。以下两种方法用于测定总的含水量：选择能完全溶解盐类的溶剂：比较合适的有甲醇/甲酰胺2：1的混合溶剂。在加热条件下滴定（如50°C）通常有助于加速样品的溶解和水分的释放。通过加热法（卡氏炉法）：干燥的气流将释放出来的水分转移到滴定杯。药品：经过多年发展，KF滴定法已经成为药品成分水分测定的标准方法。最重要的标准有：欧洲药典（Pharm.Europe）第四版&增补版2002美国药典,USP25NF-20.2002.和USP26NF21.2003这两类标准都提供了样品量，滴定方法（＞95%采用直接容量滴定），允许的水分含量范围和采用的试剂等详细信息。给定的方法当然是已验证的方法；这就对目前的无吡啶试剂有严格的限制：如果采用新的试剂，用户必须自己验证方法，以证明可以获得相同的结果。为了避免不必要的工作，建议咨询试剂厂商。欧洲药典中有专门的注释，介绍了用于容量法的含