費休氏水分測定法

費休氏水分測定法1.緒論：水分無處不在，水分含量測定是實驗室中最常見的一種方法。除了需要復(fù)雜設(shè)備的方法，如紅外反射光譜，氣象色譜或微波光譜等,特別介紹兩種簡單的方法：A.干燥法（烘箱,紅外燈和紅外天平）這種方法通常會出現(xiàn)在各種標(biāo)準(zhǔn)中,但是存在以下缺點：實際上,這種方法測定的是干燥所損失的部分，而不僅僅是水分.除了水分，還有藥品中其他揮發(fā)性組分和分解的物質(zhì)。必須嚴(yán)格按預(yù)設(shè)的條件（干燥溫度和持續(xù)時間）操作，才能獲得具有可比性的結(jié)果。需要很長時間才能獲得結(jié)果（需要在干燥箱中數(shù)小時）。這就限制了該方法的使用,特別是在生產(chǎn)監(jiān)控過程。B.與干燥法相比，這是一種專一性的方法。如果不發(fā)生副反應(yīng)，所測定的只是水分。方法快速（通常只需幾分鐘）,而且可驗證.因而可形成完整的證明文件。該方法自從60年前首次以來,已迅速發(fā)展成為許多實驗室不可代替的方法.KarlFisher（1901-1958）,簡稱KF,在大部分實驗室。采用KF滴定法可以同時測定游離水和結(jié)晶水,如結(jié)晶的表面水或結(jié)晶水。該方法適用范圍廣,可以測定ppm到100％的水分含量,結(jié)果準(zhǔn)確,重現(xiàn)性好。2.原理：卡氏水分測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參加反應(yīng)的原理來測定樣品中的水分含量，本法可適用任何溶解于費休氏試液但不與費休氏試液起化學(xué)反應(yīng)的藥品的水分測定，故對遇熱易破壞的樣品仍然能用本法測定。碘和SO是作為吡啶的加和物?？ㄊ显噭┲凶鳛榉磻?yīng)物的不是SO而是SO和甲醇的222形成的單甲基亞硫酸根：2CHOH+SO—CHOH++_SOCH323233吡啶并不參與反應(yīng),而只是作為緩沖物質(zhì)（如:采用水楊酸鈉，在相同PH值下,反應(yīng)速率相同）。所以吡啶可以用其他合適的堿（RN）代替。加入堿反應(yīng)平衡顯著向右移動。這說明在甲醇溶液中KF反應(yīng)方程式如下式所示：HO+I+[RNH]+_SOCH+2RN ?[RNH]+_SOCH+2[RNH]+I_2233433.容量法和庫侖法以下幾點對兩種方法都非常重要：KF試劑必須盡可能準(zhǔn)確，精密的加入，分辨率盡可能高。滴定池必須盡可能密封,減少空氣中的水分滲入。通過旋搖滴定杯中已預(yù)干燥地溶液將附著在壁上的水分除去。3-1：容量滴定法根據(jù)碘和二氧化硫在吡啶和甲醇溶液中與水起定量反應(yīng)的原理，由滴定溶液顏色變化（由淡黃色變?yōu)榧t棕色）或用永停滴定法指示終點，利用純化水首先標(biāo)定出每1ml費休氏試液相當(dāng)于水的重量（mg），在根據(jù)樣品與費休氏試液的反應(yīng)計算出樣品中的水分含量。在上個世紀(jì)首先研制出活塞式玻璃滴定管,長用的活塞式玻璃定量管的體積有5ml,10ml或20ml分辨率可達(dá)0.25ul???1ul.即使采用密閉的滴定杯，每分鐘空氣中水分滲入的量還是有可能達(dá)到相當(dāng)于20ulKF試劑的程度，滴定儀可以自動測定該值，作為空白漂移在最終計算結(jié)果中予以考慮。高含水量（絕對）樣品最好采用容量法測定。容量法更使用于固體或糊狀樣品的測定：可以采用各種針對特殊樣品的有機溶劑，將樣品直接加入滴定杯測定。容量法也可以測定含水量低的樣品，檢測限可以低至50???100ppmH20o雖然KF試劑的研制取得了巨大的進(jìn)步，但還是不能得到滴定度穩(wěn)定的KF試劑。所以容量法的一個小缺點就是需要不斷的測定KF試劑的滴定度。3-2：庫侖滴定法與容量滴定法相同庫侖滴定法的要求：必須具有100%的電流效率。沒有副反應(yīng)發(fā)生。氧化或還原必須達(dá)到確定的氧化態(tài)。庫侖滴定法也是根據(jù)碘和二氧化硫在吡啶（有些號儀器改用無臭有機胺代替吡啶）和甲醇溶液中能與水起定量反應(yīng)的原理來進(jìn)行測定的。與容量法不同，在庫侖滴定法中,碘是由含碘化物的電解液在電池陽極發(fā)生碘。庫侖法水分測定主要用于測定微量水。水量大，測定需要很長的時間，并可能超過KF試劑的水分測定容量，導(dǎo)致不正確結(jié)果。我們（聯(lián)邦制藥股份有限公司）所采用的是含量法。試劑：目前試劑主要分為單組分試劑和雙組分試劑：容量法分為滴定劑和溶劑，庫侖法有陰極液和陽極液。目前，許多廠商都提供了多種針對特定應(yīng)用而定制的KF試劑和輔助溶液。含量法的單組分試劑：含吡啶試劑和無吡啶試劑。醛酮樣品水分測定專用試劑實際上我們現(xiàn)在用的溶劑分為兩種，1是無吡啶KF試劑；2B液。—般無吡啶KF試劑可以測多種樣品（除醛酮類樣品，如丙酮等）—但來丙酮樣品時，我們用B液測。（B液一般用來測一些水分低的樣品）監(jiān)測方法：為了判斷KF反應(yīng)的終點一即所有水分反應(yīng)完全的滴定終點一需要一種監(jiān)測或指示的方法。終點指示方法非常重要，是容量滴定分析是否可行的關(guān)鍵，與滴定劑的加入一樣，直接關(guān)系到結(jié)果的重現(xiàn)性，準(zhǔn)確性。5-1目視法或光度指示法：本人當(dāng)時只能用目視法判斷滴定終點。這個方法要求嚴(yán)格按程序進(jìn)行，通常只能用于無色的樣品溶液。當(dāng)?shù)膺^量時，溶液由黃色變棕色（大量過量的碘）。這很難確定是否繼續(xù)滴定的變色點。另外，變色點在極性溶劑（如甲醇和非極性溶劑（如氯仿，DMF）中顏色不同。這些方法更大的缺點是不能自動化或效驗。但開始采用電位指示方法后（1940年末），這些方法很快被淘汰。5-2電位指示法：其間，建立了極化電極指示方法。最常用雙鉑絲或雙鉑環(huán)電極。雙安培指示法（Upol或永停法）：這種情況，電極上施加一個最大為500mv的恒定電壓，測定產(chǎn)生的電流。這種方法最早主要用于水相碘量法滴定。雙電位指示法（Ipol）：使用這種方法，一個小的直流或交流電流施加在電極上（AC比DC更為靈敏，因此AC常用于庫侖滴定），測定形成的電位。滴定曲線的形狀類似于雙安培法;但是，通常突越更明顯更大。所有這些指示方法都存在過滴定（存在過量碘）。與目視法相比，電化學(xué)方法的優(yōu)勢在于：滴定總是進(jìn)行到相同過量的碘過量程度（輕微），因此重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性更好。5-3儀器與用具5-4實驗條件與要求：由于費休氏試液吸水性強,因此在配制,標(biāo)定及滴定中所用儀器均應(yīng)潔凈干燥.試液的配制過程中應(yīng)防止空氣中的水分侵入,進(jìn)入滴定裝置的空氣就亦應(yīng)經(jīng)干燥劑除濕.試劑的標(biāo)定,貯存及水分滴定操作均應(yīng)在僻光,干燥環(huán)境進(jìn)行試劑毒性大。操作小心，環(huán)境通風(fēng)，用完的廢液不能倒入水池，應(yīng)集中送到污水站處理。5-5儀器及器具的處理：分析天平（感量O.lmg）大臺稱，水分測定儀或磨口自動滴定管（最小分度值0.05mg）,永停滴定儀,電磁攪拌器?凡與試劑費休氏試液直接接觸的物品，玻璃儀器須在120°C至少干烤2小時，橡皮塞在80C干烤2小時，取出置干燥器內(nèi)備用。6滴定儀具有雙電位和雙電流兩種終點指示方法。6．卡氏水分測定儀：卡氏卡氏水分測定儀的卡爾費休模式是根據(jù)指示系統(tǒng)測得的信號來控制滴定速率和體積增量的自動滴定系統(tǒng)。另外，通過相連的天平可以直接將樣品量傳輸?shù)降味ㄏ到y(tǒng)。測定結(jié)果，曲線，參數(shù)和儀器配置參數(shù)可以打印或傳輸?shù)絇C數(shù)句庫中。兩種測定法的控制參數(shù)都可以自由設(shè)置。這種有利于優(yōu)化控制參數(shù)，用于困難樣品或?qū)Ｓ迷噭┑臏y定，如加入增溶劑。通常采用默認(rèn)設(shè)置就可以獲得良好的結(jié)果。目前，我們所用的水分儀可分為瑞士萬通和梅特勒DL38和DL18。1：當(dāng)達(dá)到終點后，反應(yīng)緩慢的試劑（如吡啶）需要一個額外的停止延遲時間，即達(dá)到終點后，終點電位或終點電流必須維持?jǐn)?shù)秒.隨著新試劑的發(fā)展和儀器的改進(jìn)，這個停止延遲已經(jīng)被停止漂移所替代.除了達(dá)到預(yù)設(shè)電位（或電流），還必須達(dá)到一個確定的漂移值。漂移值是指為保持滴定杯干燥,單位時間需要消耗的KF試劑的量。保持滴定杯干燥要達(dá)到的漂移值通常為幾個卩L/min。絕對停止漂移校正的目的，是為了達(dá)到滴定前測得的漂移值。實際上,要達(dá)到相同的漂移值所需的滴定時間相當(dāng)長,因此通常建議采用相對停止漂移標(biāo)準(zhǔn)。如果采用相對停止漂移，滴定會略高于起始漂移值時停止。6-2：如果測定的水分含量極低，或者需要很長的滴定時間，則必須采用自動漂移校正。這種情況下，由漂移值和滴定時間的乘積得到漂移體積，從加入的體積中扣除。3.6-3：滴定管：5ml的滴定管，在終點區(qū)域，加液步長可低至為0.5ul。6-4：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)水用于測定滴定度。固體物質(zhì)如酒石酸二鈉也可以作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。6-5：加樣方式(固體和液體)標(biāo)準(zhǔn)溶液直接加入KF溶液的液面下，注射器的針頭不接觸液面。最后一滴溶液反抽回注射器。6-6：滴定杯水分無處不在：相對濕度為60%,25°C時，0.5ml的空氣中含有約7ugH2O。所以滴定杯必須密閉；定期檢查。注意滴定杯的密封圈，分子篩—檢查漂移值！開始測定之前，或兩次測定之間，水分測定儀會自動預(yù)干燥滴定杯。建議不時搖動滴定杯，除去附著在杯壁上的水分。獲的盡可能低的恒定漂移值非常重要。7．品制備技術(shù)：在樣品制備前首先是取樣。特別是經(jīng)?？梢杂龅降牟痪坏臉悠罚@個初使步驟對結(jié)果的精確性具有重要影響。因此，正確的取樣對隨后進(jìn)行的測定非常重要！許多標(biāo)準(zhǔn)方法都提供詳細(xì)的相關(guān)指引，也可以使用內(nèi)部指引。如果沒有可供參考的指引，就必須注意以下幾點：樣品的水分含量必須與原始樣品的平均水分含量一致-即樣品必須具有代表性。.無論是否在熱帶的國家，潮濕空氣的干擾總是存在。.吸水性樣品的表面吸附大量水分。.易釋放水分或風(fēng)化的樣品表面水分含量較低。如果水分不是以溶解形式而是以分散狀態(tài)存在(沉淀或懸浮，附著在杯壁上—如石化產(chǎn)品。人造黃油)，液體中的水分會釋放出來。同樣，降低溫度后，水分溶解限的下降也會使水分釋放。.水分分布越不均勻，取樣量應(yīng)該越大。.取樣必須盡可能快，樣品的水分含量在轉(zhuǎn)移或存儲過程中不發(fā)生改變。許多樣品可以直接稱重并直接加入滴定杯或滴定池，只要樣品可以在溶劑中溶解，且不與KF試劑發(fā)生副反應(yīng)。但是，其他一些樣品需要一步或更多制備步驟。更多信息可以參見相應(yīng)的物質(zhì)分類章節(jié)。在樣品制備過程，不引入任何額外的水分非常重要，同時，也不能因加熱過度引起樣品的水分損失。稀釋：為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果(樣品量)，建議高含水量的樣品(>40%)，在測定前先用干燥的惰性溶劑稀釋。通常可以使用甲醇。溶劑萃取：有兩種方式萃取-外部或在滴定過程中。通常在加熱條件下進(jìn)行,很少在室溫進(jìn)行。如果采用外部萃取,必須注意水分是不可能完全萃取出來的,所以得到的是樣品和溶劑的平均水分。均化：液態(tài)水會漂浮,粘附在樣品杯的內(nèi)壁或沉積在底部。特別是在高溫條件下取樣,分析前又冷卻到室溫時?？蓪⒈又糜诔暡ǔ刂?利用超聲波使水分重新分布均勻。加入已知確切重量和水分含量(空白值)的增溶劑(如異丙醇),也可以使游離水溶解,這種方法適用于糊狀物和粘性液體。固體通常是不均勻的,必須完全混碎混勻。加熱法：通過熱的氣流(空氣或氮氣)加熱樣品,或干燥的氣流通過熱的樣品，兩種方法釋放出來的水分轉(zhuǎn)移到滴定杯中,并立即滴定,設(shè)置的加熱溫度應(yīng)盡可能高-只要樣品不發(fā)生分解,沒有其他干擾組分餾出，必須事先優(yōu)化加熱溫度和持續(xù)時間，必須扣除空白。8.取樣量的簡單計算：TOC\o"1-5"\h\z設(shè)樣品取樣量為 W mg滴定度為 F mg/ml含水量為 X %消耗滴定液的體積為V ml由于我們所用儀器的滴定管體積為5.0ml,一般應(yīng)控制消耗滴定液1至4ml比較好，一般按2ml來計算。所以根據(jù)待測樣品的大概水分含量,按以下公式計算出取樣量：W=VXF/X舉例：1阿莫西林含水量為13%,滴定度為2mg,消耗滴定液體積為5.0.貝V：W=VXF/XW=V(ml)XF(mg/ml)/X(mg/100mg)=100VXF/13%=115mg也就是阿莫的進(jìn)樣量應(yīng)為0.1g。如果樣品含水量較低，而取樣量又太少，消耗滴定液太少，貝測得的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，這樣情況在實際工作中經(jīng)常出現(xiàn)，因此在測樣品前應(yīng)了解樣品的大概水分含量，確定合理的取樣量。9．材料/基礎(chǔ)化學(xué)物質(zhì)的水分測定：無機鹽鹽類的可能含有附著水或內(nèi)含水。測定附著水的過程必須保證鹽不溶解，工作介質(zhì)為1：3的甲醇/氯仿混合溶劑，切必須盡快滴定。以下兩種方法用于測定總的含水量：選擇能完全溶解鹽類的溶劑：比較合適的有甲醇/甲酰胺2：1的混合溶劑。在加熱條件下滴定（如50°C）通常有助于加速樣品的溶解和水分的釋放。通過加熱法（卡氏爐法）：干燥的氣流將釋放出來的水分轉(zhuǎn)移到滴定杯。藥品：經(jīng)過多年發(fā)展，KF滴定法已經(jīng)成為藥品成分水分測定的標(biāo)準(zhǔn)方法。最重要的標(biāo)準(zhǔn)有：歐洲藥典（Pharm.Europe）第四版&增補版2002美國藥典,USP25NF-20.2002.和USP26NF21.2003這兩類標(biāo)準(zhǔn)都提供了樣品量，滴定方法（＞95%采用直接容量滴定），允許的水分含量范圍和采用的試劑等詳細(xì)信息。給定的方法當(dāng)然是已驗證的方法；這就對目前的無吡啶試劑有嚴(yán)格的限制：如果采用新的試劑，用戶必須自己驗證方法，以證明可以獲得相同的結(jié)果。為了避免不必要的工作，建議咨詢試劑廠商。歐洲藥典中有專門的注釋，介紹了用于容量法的含