معايرة كارل فيشر طريقة كيميائية تقيس الماء في العينة بشكل انتقائي. وتحمل اسم الكيميائي الألماني كارل فيشر الذي وصف الطريقة عام 1935. وهي من أكثر الطرق استخدامًا في قياس الماء المتبقي في المنتجات المجفَّدة بالتجميد، أي ما يُعرف بالرطوبة المتبقية.
وفي المنتجات الجافة مثل السم المجفَّد بالتجميد تُعدّ الرطوبة المتبقية مؤشرًا للجودة يؤثر في مدى ثبات المنتج. يشرح هذا المقال مبدأ الطريقة، ونوعيها الحجمي والكولومتري، وطريقة التعامل مع عينات المساحيق الماصة للرطوبة (المسترطبة)، وكيفية تفسير النتيجة.
لماذا تهمّ الرطوبة المتبقية؟
الهدف من التجفيد هو إزالة الماء والإبقاء على الجزيئات في بنية صلبة ساكنة. وحتى بعد المرحلة الأخيرة من التجفيف تبقى في المنتج كمية من الماء المرتبط، فالهدف ليس رطوبة صفرية بل مستوى منخفض يناسب المنتج. وكلما ارتفعت الرطوبة المتبقية لانت البنية الصلبة وقد تتسارع تفاعلات التكتل والتحلل. وقد شرحنا مراحل دورة التجفيف في مقال التجفيد، وأثر الرطوبة في الثبات في مقال ثبات السم.
مبدأ الطريقة
في تفاعل كارل فيشر يتفاعل اليود مع ثاني أكسيد الكبريت في وسط يحتوي على كحول وقاعدة، مستهلكًا الماء أثناء ذلك. ولأن التفاعل يجري مع الماء بنسبة محددة، تُحسب كمية الماء في العينة من كمية اليود المستهلكة. وتُكتشف نهاية المعايرة عادةً بقطب كهربائي لحظة ظهور اليود الحر في الوسط. وتُستخدم الكواشف اليوم غالبًا في صورة خلائط جاهزة خالية من البيريدين.
وأهم ميزة للطريقة انتقائيتها: فطريقة الفقد بالتجفيف، القائمة على تسخين العينة ووزنها، تقيس أيضًا مواد أخرى تتطاير مع الماء، في حين لا تستجيب طريقة كارل فيشر إلا للماء.
معايرة كارل فيشر الحجمية والكولومترية
| النوع | كيف يُوفَّر اليود؟ | متى يناسب؟ |
|---|---|---|
| الحجمية | يُضاف محلول يود معلوم التركيز من سحاحة | عينات ذات محتوى مائي مرتفع نسبيًا |
| الكولومترية | يُولَّد اليود كهربائيًا داخل الخلية، ويُحسب الماء من الشحنة الكهربائية المستهلكة | ماء بمستوى الميكروغرام وكميات صغيرة من العينة |
| طريقة الفرن | تُسخَّن العينة ويُنقل الماء المتحرر بغاز جاف إلى خلية المعايرة | العينات غير الذائبة أو التي تعيق التفاعل |
وفي منتجات البروتينات والببتيدات المجفَّدة بالتجميد كثيرًا ما تُفضَّل الطريقة الكولومترية لأن كمية العينة صغيرة عادةً ومحتواها المائي منخفض. والطرق معرَّفة أيضًا في دساتير الأدوية، فمثلًا يتناول البندان 2.5.12 و2.5.32 من دستور الأدوية الأوروبي والفصل 921 من دستور الأدوية الأمريكي تحديد الماء.
التحقق من الجهاز
تتوقف موثوقية القياس على التحقق المنتظم. ففي الطريقة الحجمية يُحدَّد المكافئ المائي للمعاير بمعيار معلوم المحتوى المائي، مثل طرطرات الصوديوم ثنائية الهيدرات. وفي الطريقة الكولومترية يُتحقق من دقة قياس الجهاز بمعايير معتمدة تحتوي على كمية معلومة من الماء. وفي كل سلسلة قياسات تُحدَّد الرطوبة المتسربة من الوسط المحيط إلى خلية المعايرة بقياس فارغ وتُطرح من النتيجة.
أخذ العينة من مسحوق مسترطب
يمتص المسحوق المجفَّد بالتجميد الرطوبة من الهواء بسرعة، فإذا بقيت العينة بضع دقائق في الهواء الطلق عكست القيمة المقيسة رطوبة هواء المختبر لا رطوبة المنتج. لذلك:
- يُترك الوعاء حتى يبلغ درجة حرارة الغرفة قبل فتحه، لأن الرطوبة تتكثف على سطح الوعاء البارد عند فتحه.
- يُجرى الوزن والنقل إن أمكن في صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين الجاف، أو في وقت قصير جدًا.
- تُنقل العينة مباشرة إلى خلية المعايرة عبر نظام مغلق.
- تُقاس عدة أوعية من الدفعة نفسها لملاحظة الفروق بينها.
كما تناولنا أثر فتح الوعاء وإغلاقه في توازن الرطوبة في المسحوق في مقال الفرق بين الشكل المسحوق والشكل السائل.
كيف تُفسَّر النتيجة؟
تُعطى الرطوبة المتبقية عادةً نسبةً مئوية بالكتلة. ولا تكون القيمة المنفردة «جيدة» أو «سيئة» في ذاتها، بل تُقيَّم بحسب نوع المنتج والغرض من استخدامه والدفعات السابقة من المنتج نفسه. وذكرُ الطريقة (حجمية أو كولومترية) وكمية العينة وتاريخ القياس إلى جانب قيمة الرطوبة في تقرير التحليل يجعل النتيجة قابلة للمقارنة. وتؤثر ظروف حفظ العينة قبل القياس في النتيجة أيضًا، فإذا لم يكن الوعاء محكم الإغلاق فلن يُظهر حتى أدق قياس رطوبةَ المنتج لحظة تصنيعه. وقد شرحنا كيفية قراءة التقارير عمومًا في مقال شهادة التحليل.
