Титрование по Карлу Фишеру — химический метод избирательного определения воды в образце. Он назван в честь немецкого химика Карла Фишера, описавшего метод в 1935 году. Это один из самых распространённых методов определения воды, остающейся в лиофилизированных, то есть высушенных замораживанием, продуктах, иначе говоря — их остаточной влажности.
В сухих продуктах, таких как лиофилизированный яд, остаточная влажность — показатель качества, влияющий на то, насколько стабильным останется продукт. В статье описаны принцип метода, его волюмометрический и кулонометрический варианты, обращение с пробами поглощающих влагу (гигроскопичных) порошков и интерпретация результата.
Почему важна остаточная влажность?
Цель сушки замораживанием — удалить воду и удержать молекулы в неподвижной твёрдой структуре. Даже после завершающего этапа сушки в продукте остаётся немного связанной воды; цель — не нулевая влажность, а низкий уровень, подходящий для данного продукта. С ростом остаточной влажности твёрдая структура размягчается, а реакции агрегации и разложения могут ускоряться. Этапы цикла сушки описаны в статье о лиофилизации, а влияние влаги на стабильность — в статье о стабильности яда.
Принцип метода
В реакции Карла Фишера иод в среде, содержащей спирт и основание, реагирует с диоксидом серы, расходуя при этом воду. Поскольку реакция протекает с водой в определённом соотношении, количество воды в образце рассчитывают по количеству израсходованного иода. Конец титрования обычно определяют электродом — в момент появления в среде свободного иода. Сегодня реактивы чаще всего применяют в виде готовых смесей без пиридина.
Главное преимущество метода — избирательность: метод потери массы при высушивании, основанный на нагревании и взвешивании образца, учитывает и другие вещества, улетучивающиеся вместе с водой, тогда как метод Карла Фишера реагирует только на воду.
Волюмометрическое и кулонометрическое титрование
| Вид | Как подаётся иод | Когда подходит |
|---|---|---|
| Волюмометрический | Раствор иода известной концентрации добавляют из бюретки | Образцы со сравнительно высоким содержанием воды |
| Кулонометрический | Иод генерируется в ячейке электрическим током; воду рассчитывают по затраченному заряду | Вода на уровне микрограммов; малое количество образца |
| Печной метод | Образец нагревают, а выделившуюся воду сухим газом переносят в ячейку для титрования | Нерастворимые образцы или мешающие реакции |
Для лиофилизированных белковых и пептидных продуктов часто выбирают кулонометрический метод, поскольку количество образца обычно невелико, а содержание воды низкое. Методы описаны и в фармакопеях: например, разделы 2.5.12 и 2.5.32 Европейской фармакопеи и глава 921 Фармакопеи США посвящены определению воды.
Проверка прибора
Надёжность измерения зависит от регулярной проверки. В волюмометрическом методе водный эквивалент титранта определяют по стандарту с известным содержанием воды, например по дигидрату тартрата натрия. В кулонометрическом методе правильность измерений прибора проверяют сертифицированными стандартами с известным количеством воды. В каждой серии измерений влагу, проникающую в ячейку для титрования из окружающей среды, определяют холостым опытом и вычитают из результата.
Отбор пробы гигроскопичного порошка
Лиофилизированный порошок быстро поглощает влагу из воздуха. Если проба несколько минут пробудет на открытом воздухе, измеренное значение будет отражать влажность воздуха лаборатории, а не продукта. Поэтому:
- Перед вскрытием ёмкость выдерживают до достижения комнатной температуры: при вскрытии холодной ёмкости на её поверхности конденсируется влага.
- Взвешивание и перенос по возможности выполняют в перчаточном боксе, заполненном сухим азотом, или очень быстро.
- Пробу переносят непосредственно в ячейку для титрования через закрытую систему.
- Измеряют несколько ёмкостей одной партии, чтобы увидеть разброс между ними.
Влияние открывания и закрывания ёмкости на влажностное равновесие порошка рассматривается также в статье о различиях порошковой и жидкой форм.
Как интерпретировать результат?
Остаточную влажность обычно выражают в массовых процентах. Отдельное значение само по себе не бывает «хорошим» или «плохим»: его оценивают с учётом вида продукта, его назначения и предыдущих партий того же продукта. Если в протоколе анализа вместе со значением влажности указаны метод (волюмометрический или кулонометрический), масса пробы и дата измерения, результат можно сравнивать. На результат влияют и условия хранения пробы до измерения: если ёмкость была плохо закрыта, даже самое точное измерение не покажет влажность продукта на момент его изготовления. Как в целом читать протоколы, объясняется в статье о сертификате анализа.
