💧 Feuchte — allgemeine Karl-Fischer-Methode
Kurz gefasst
Bestimmung des Wassergehalts in chemischen, pharmazeutischen, kosmetischen und petrochemischen Proben mittels Karl-Fischer-Titration (volumetrisch oder coulometrisch). Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 760:2018; Volumetrischer Bereich: 100 ppm – 100% H₂O. Das Verfahren umfasst 9 Schritte (insgesamt rund 44 Min.–1 Std. 2 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Pharmazie — Wassergehaltskontrolle in Rohstoffen, Wirkstoffen, Arzneimitteln (Europäisches Arzneibuch), Petrochemie — Wasser in Schmierölen, Kraftstoffen, Lösemitteln (ASTM D6304, D1744), Chemische Industrie — Qualitätskontrolle von Lösemitteln, Säuren, Basen.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 760:2018
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 9
- Gesamtdauer der Schritte: 44 Min.–1 Std. 2 Min.
- Volumetrischer Bereich: 100 ppm – 100% H₂O
- Coulometrischer Bereich: 1 ppm – 5% H₂O
- Genauigkeit: ±0,1–0,3% (volumetrisch), ±3 µg H₂O (coulometrisch)
Übersicht
Die Karl-Fischer-Methode (KF) ist die gebräuchlichste und selektivste Technik zur Bestimmung des Wassergehalts in einer breiten Palette von Materialien — von organischen Lösemitteln und Ölen über pharmazeutische und kosmetische Produkte bis hin zu Lebensmitteln, Polymeren und Baumaterialien. Die 1935 vom deutschen Chemiker Karl Fischer entwickelte Methode nutzt die selektive Reaktion von Wasser mit Jod in Gegenwart von Schwefeldioxid und Base in Methanolmedium.
Norm PN-EN ISO 760 beschreibt die allgemeine Karl-Fischer-Methode in volumetrischer Variante — verwendet für Proben mit Wassergehalt von 100 ppm bis 100%. Coulometrische Variante (elektrochemische Joderzeugung) wird für Proben mit sehr niedrigem Wassergehalt verwendet — unter 50–100 ppm (0,005–0,01%).
Der Hauptvorteil der KF-Methode ist ihre Selektivität — sie reagiert nur mit Wasser, nicht mit anderen flüchtigen Komponenten. Es ist eine absolute (stöchiometrische) Methode, die nur periodische Verifizierung des Reagenztiterwerts erfordert. Moderne KF-Titratoren sind vollautomatisch — mit Reagenzdosierung, bipotentiometrischer Endpunkterkennung und Berechnungen.
Analytiklabore verwenden die KF-Methode routinemäßig: Pharmazie (Qualitätskontrolle von Rohstoffen und Arzneimitteln), Petrochemie (Wasserbestimmung in Ölen, Kraftstoffen, Lösemitteln), Kosmetik, chemische Industrie, Umweltlabore (Bodenfeuchte, Sedimente).
Prinzip der Methode
Karl-Fischer-Reaktion: H₂O + I₂ + SO₂ + 3 Base + CH₃OH → [Base·H]⁺·SO₄CH₃⁻ + 2[Base·H]⁺·I⁻. Wasser reagiert stöchiometrisch mit Jod (1 mol H₂O = 1 mol I₂). In volumetrischer Variante wird KF-Reagenz (enthält Jod) aus Bürette in in Methanol gelöste Probe dosiert. Endpunkt — Moment, wenn kleiner Jodüberschuss in Lösung verbleibt — wird bipotentiometrisch erfasst (Doppelplatinelektrode). In coulometrischer Variante wird Jod elektrochemisch in situ aus in Lösung enthaltenem Jodid erzeugt — elektrische Ladung ist proportional zur Wassermenge (Faraday-Gesetze).
Anwendungen
- Pharmazie — Wassergehaltskontrolle in Rohstoffen, Wirkstoffen, Arzneimitteln (Europäisches Arzneibuch)
- Petrochemie — Wasser in Schmierölen, Kraftstoffen, Lösemitteln (ASTM D6304, D1744)
- Chemische Industrie — Qualitätskontrolle von Lösemitteln, Säuren, Basen
- Kosmetik — Feuchte in Cremes, Emulsionen, Rohstoffen
- Lebensmittelindustrie — Wassergehalt in Ölen, Fetten, Gewürzen
- Polymere und Kunststoffe — Granulatfeuchte vor Verarbeitung
- Baumaterialien — Feuchte in Zementen, Gips, Mörteln
- Elektronik — Reinheit von Prozesslösemitteln und Reagenzien
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Volumetrischer Bereich | 100 ppm – 100% H₂O |
| Coulometrischer Bereich | 1 ppm – 5% H₂O |
| Genauigkeit | ±0,1–0,3% (volumetrisch), ±3 µg H₂O (coulometrisch) |
| Probenvolumen (volumetrisch) | 0,1–10 mL oder 10–500 mg (Feststoffe) |
| Bestimmungszeit | 2–10 min/Probe |
| Arbeitstemperatur | 20–25°C (Titrationszelle) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 760:2018
- Titel (PL)
- Oznaczanie zawartości wody — Metoda Karla Fischera (metoda ogólna)
- Title (EN)
- Determination of water — Karl Fischer method (General method)
Schritt-für-Schritt-Verfahren
-
Titratorvorbereitung
Titrator einschalten, Reagenzpegel prüfen. Zelle mit Arbeitslösemittel (Hydranal Medium K) füllen. Vor-Titration (pre-titration) zur Entfernung von Restfeuchte starten.
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Titerverifizierung
10–20 µL Wasserstandard (Hydranal Water Standard 10.0) injizieren. Titrieren. Übereinstimmung mit zertifiziertem Wert ±3% prüfen.
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Probenvorbereitung
Flüssige Proben — mit Spritze aufziehen, wiegen. Feste Proben — 50–500 mg wiegen, durch Öffnung einführen. Schwer lösliche Proben — KF-Ofen verwenden (120–250°C).
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Probeneinführung in Zelle
Flüssige Probe durch Septum injizieren oder feste durch Öffnung einführen. Titrator startet automatisch Titration.
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Titration
Titrator dosiert Hydranal Composite 5 (volumetrisch) oder erzeugt Jod (coulometrisch). Magnetisches Rühren. Bipotentiometrische Erkennung.
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Ergebnisablesung
Titrator berechnet automatisch Wassergehalt: % Gew. oder ppm (mg/kg). Ergebnis mit Probenidentifikation aufzeichnen.
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Duplikat
Bestimmung mindestens 2-mal wiederholen. Differenz zwischen Duplikaten: ≤10% relativer Wert für niedrige Konzentrationen, ≤2% für hohe.
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Qualitätskontrolle
Alle 10 Proben Titer mit Standard verifizieren. Pro Serie Blindprobe bestimmen (Drift-Korrektur). Kontrollkarte führen.
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Reinigung und Wartung
Nach Arbeit Zelle entleeren, mit Methanol spülen. Septum austauschen. Öffnungen abdichten. Molekularsiebe in Reagenzflasche austauschen.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Volumetrischer KF-Titrator | Metrohm 888 Titrando, Mettler Toledo V30S, Hanna HI934 | 20 000–60 000 PLN |
| KF-Coulometer | Metrohm 917 Coulometer, Mettler Toledo C30S | 25 000–70 000 PLN |
| Verdampfungsofen (KF Oven) | Metrohm 860 KF Thermoprep, Mettler Toledo DO308 | 30 000–80 000 PLN |
| Doppelplatinelektrode | Metrohm 6.0338.100, Mettler Toledo DM143-SC | 500–1 500 PLN |
| Analysenwaage 0,01 mg | Mettler Toledo XPR205, Sartorius Cubis II | 15 000–50 000 PLN |
| Dosierspritzen (flüssige Proben) | Hamilton, 1–10 mL, mit Luer-Lock-Anschluss | 200–800 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Hydranal Composite 5 (volumetrischer Titrant) | — | Honeywell/Fluka, einkomponentig, methanolfrei, 1 mL = ~5 mg H₂O, 500 mL Flasche |
| Hydranal Medium K (Arbeitslösemittel) | — | Honeywell/Fluka, Medium für volumetrische Titrationszelle, 1 L Flasche |
| Hydranal Coulomat AG (coulometrischer Anolyt) | — | Honeywell/Fluka, Anodenlösung für Coulometer mit Diaphragma, 500 mL Flasche |
| Hydranal Coulomat CG (Katholyt) | — | Honeywell/Fluka, Kathodenlösung für Coulometer mit Diaphragma, 500 mL Flasche |
| Wasserstandard (Water Standard) | 7732-18-5 | Hydranal Water Standard 10.0 (10,0 mg H₂O/g), zertifiziertes CRM zur Titerverifizierung |
| Wasserfreies Methanol rein | 67-56-1 | Zur Zellenreinigung und als alternatives Lösemittel, H₂O-Gehalt <0,01%, 1 L |
| Jod (Reagenzbestandteil) | 7553-56-2 | Aktiver Bestandteil des KF-Reagenz, stöchiometrische Reaktion mit H₂O (1:1 mol) |
| Schwefeldioxid (Reagenzbestandteil) | 7446-09-5 | SO₂ in KF-Lösung, beteiligt an Bunsen-Fischer-Reaktion |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Methanol — giftig (Einatmen, Hautkontakt)! Arbeit im Abzug, Nitrilhandschuhe
- KF-Reagenzien enthalten Jod und SO₂ — reizend, Dämpfe nicht einatmen
- KF-Ofen — Temperatur bis 300°C, Verbrennungsgefahr, Heizelemente nicht berühren
- Spritzen mit scharfen Nadeln — Stichgefahr, Behälter für scharfe Abfälle (sharps)
- Schutzbrille und Laborkittel obligatorisch
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 760:2018 — „Determination of water — Karl Fischer method (General method)“.
Wie funktioniert diese Methode?
Karl-Fischer-Reaktion: H₂O + I₂ + SO₂ + 3 Base + CH₃OH → [Base·H]⁺·SO₄CH₃⁻ + 2[Base·H]⁺·I⁻. Wasser reagiert stöchiometrisch mit Jod (1 mol H₂O = 1 mol I₂).
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Volumetrischer Bereich: 100 ppm – 100% H₂O; Coulometrischer Bereich: 1 ppm – 5% H₂O; Genauigkeit: ±0,1–0,3% (volumetrisch), ±3 µg H₂O (coulometrisch); Probenvolumen (volumetrisch): 0,1–10 mL oder 10–500 mg (Feststoffe).
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 44 Min.–1 Std. 2 Min. Das Verfahren umfasst 9 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
Volumetrischer KF-Titrator, KF-Coulometer, Verdampfungsofen (KF Oven), Doppelplatinelektrode, Analysenwaage 0,01 mg, Dosierspritzen (flüssige Proben). Richtpreis für das Kerngerät (Volumetrischer KF-Titrator): 20 000–60 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Pharmazie — Wassergehaltskontrolle in Rohstoffen, Wirkstoffen, Arzneimitteln (Europäisches Arzneibuch); Petrochemie — Wasser in Schmierölen, Kraftstoffen, Lösemitteln (ASTM D6304, D1744); Chemische Industrie — Qualitätskontrolle von Lösemitteln, Säuren, Basen; Kosmetik — Feuchte in Cremes, Emulsionen, Rohstoffen; Lebensmittelindustrie — Wassergehalt in Ölen, Fetten, Gewürzen; Polymere und Kunststoffe — Granulatfeuchte vor Verarbeitung; Baumaterialien — Feuchte in Zementen, Gips, Mörteln; Elektronik — Reinheit von Prozesslösemitteln und Reagenzien.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Methanol — giftig (Einatmen, Hautkontakt)! Arbeit im Abzug, Nitrilhandschuhe; KF-Reagenzien enthalten Jod und SO₂ — reizend, Dämpfe nicht einatmen; KF-Ofen — Temperatur bis 300°C, Verbrennungsgefahr, Heizelemente nicht berühren; Spritzen mit scharfen Nadeln — Stichgefahr, Behälter für scharfe Abfälle (sharps); Schutzbrille und Laborkittel obligatorisch.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 760.