تعیین دقیق میزان رطوبت در مواد مختلف، به‌ویژه در صنایع دارویی، شیمیایی، غذایی و نفتی، از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش‌های استاندارد و بسیار دقیق برای اندازه‌گیری آب، تیتراسیون کارل فیشر است که در دو شکل اصلی کولومتری و ولومتریک انجام می‌شود.

هر یک از این روش‌ها دارای اصول عملکردی، مزایا و محدودیت‌های خاص خود هستند که انتخاب بین آن‌ها را به نوع نمونه، مقدار تقریبی آب و نیازهای دقیق تحلیلی وابسته می‌سازد. شناخت تفاوت‌های کلیدی بین این دو روش می‌تواند به بهینه‌سازی فرآیندهای کنترل کیفیت و تضمین دقت در نتایج تحلیلی کمک شایانی کند. پیرو این مفاهیم، لازم است که نخست تعریف درستی از این دو روش داشته باشیم.

روش کولومتری در کارل فیشر چیست؟

روش کولومتری در تیتراسیون کارل فیشر یک تکنیک دقیق و حساس برای تعیین مقدار آب در نمونه‌های مختلف است که بر پایه تولید الکتروشیمیایی ید عمل می‌کند. در این روش، به‌جای افزودن ید به‌صورت مستقیم، ید از طریق اکسیداسیون یدید (معمولاً یدید سدیم یا پتاسیم) در آند سلول الکترولیتی تولید می‌شود. جریان الکتریکی عبوری به‌طور مستقیم با مقدار یدی که تولید می‌شود و در نتیجه با مقدار آب موجود در نمونه متناسب است.

واکنش اصلی شامل ید، دی‌اکسید گوگرد و یک باز (معمولاً ایمیدازول یا پیریدین) در یک حلال آلی (مانند متانول خشک) است که با آب واکنش داده و مصرف می‌شود. مزیت اصلی روش کولومتری دقت بسیار بالا، حساسیت زیاد (تا حد میکروگرم آب) و قابلیت استفاده برای نمونه‌های با محتوای آب بسیار پایین است. این روش اغلب برای آنالیز مواد دارویی، روغن‌ها، پلاستیک‌ها و ترکیبات آلی کاربرد دارد.

روش ولومتریک در کارل فیشر چیست؟

در مقابل اما روش ولومتریک در تیتراسیون کارل فیشر یکی از دو روش اصلی برای اندازه‌گیری مقدار آب در نمونه‌هاست که بر پایه افزودن حجمی مشخص از محلول تیترکننده حاوی ید عمل می‌کند.

در این روش، محلولی شامل ید، دی‌اکسید گوگرد و یک باز (معمولاً پیریدین یا ایمیدازول) در یک حلال آلی مانند متانول به‌صورت حجمی به نمونه اضافه می‌شود. واکنش شیمیایی بین ید و آب موجود در نمونه منجر به مصرف ید می‌شود و پایان تیتراسیون زمانی است که ید اضافی در محیط باقی بماند، که توسط الکترود تشخیص داده می‌شود.

حجم مصرف‌شده از تیترکننده مستقیماً با مقدار آب موجود در نمونه متناسب است. این روش بیشتر برای نمونه‌هایی با مقادیر متوسط تا بالای آب (در حد میلی‌گرم) مناسب است و از لحاظ سرعت و سهولت کاربرد، نسبت به روش کولومتری ساده‌تر بوده ولی دقت آن در مقادیر بسیار کم آب کمی پایین‌تر است. روش ولومتریک بیشتر در آزمایشگاه‌هایی که نیاز به آزمون‌های روتین با حجم بالا دارند، استفاده می‌شود.

تفاوت های اصلی بین این دو روش

در تیتراسیون کارل فیشر، روش‌های کولومتری و ولومتریک هر دو به‌منظور اندازه‌گیری دقیق رطوبت مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما تفاوت‌های مهمی در نحوه‌ی تولید ید، حساسیت، دقت، و محدوده کاربرد دارند. انتخاب بین این دو روش بر اساس مقدار آب مورد انتظار در نمونه، نوع ماده مورد آنالیز، و دقت مورد نیاز در نتایج صورت می‌گیرد.

1. نحوه تولید ید

در روش ولومتریک، ید به‌صورت آماده در محلول تیترکننده وجود دارد و به‌طور مستقیم به سیستم افزوده می‌شود. در مقابل، در روش کولومتری، ید به‌صورت الکتروشیمیایی و در محل واکنش، از طریق اکسیداسیون یدید در آند تولید می‌شود. این تفاوت بنیادی، روش کولومتری را از وابستگی به محلول‌های تیترکننده حجمی بی‌نیاز می‌کند.

2. دامنه مقدار آب قابل اندازه‌گیری

روش کولومتری به‌دلیل حساسیت بالا، برای اندازه‌گیری مقادیر بسیار کم آب (در حد میکروگرم) مناسب‌تر است. این روش بیشتر در آنالیز نمونه‌های خشک یا بسیار کم‌آب مانند داروها، حلال‌ها و مواد آرایشی به‌کار می‌رود. در مقابل، روش ولومتریک برای نمونه‌هایی با محتوای آب بیشتر (از حدود ۱ میلی‌گرم به بالا) کاربرد دارد و معمولاً برای مواد جامد یا مایع با رطوبت متوسط تا بالا ترجیح داده می‌شود.

3. دقت و حساسیت

روش کولومتری دقت و حساسیت بسیار بالاتری نسبت به روش ولومتریک دارد، به‌ویژه در مقادیر بسیار کم آب. این ویژگی باعث شده است که در کنترل کیفیت محصولات حساس یا گران‌قیمت، بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. روش ولومتریک اگرچه دقت قابل قبولی دارد، اما در مقادیر کم‌تر از محدوده مشخص، ممکن است انحراف اندازه‌گیری ایجاد کند.

4. سرعت و سهولت اجرا

روش ولومتریک معمولاً ساده‌تر و سریع‌تر اجرا می‌شود، به‌ویژه در محیط‌هایی با حجم بالای نمونه‌برداری و نیاز به تحلیل روتین. در مقابل، روش کولومتری نیاز به تجهیزات دقیق‌تر و آماده‌سازی اولیه بیشتر دارد، اگرچه اتوماسیون بالایی نیز در دستگاه‌های مدرن آن وجود دارد.

5. هزینه و نگهداری

دستگاه‌های کولومتری معمولاً هزینه بالاتری در خرید و نگهداری دارند، به‌ویژه به‌دلیل نیاز به الکترودهای خاص و کنترل دقیق الکترولیت. در حالی‌که سیستم‌های ولومتریک ساده‌تر و ارزان‌تر هستند و مواد مصرفی آن‌ها نیز در دسترس‌تر است.

نتیجه گیری

باید در تکمیل این کلیات گفت که روش کولومتری برای کاربردهای دقیق، حساس و نمونه‌های بسیار خشک مناسب‌تر است، در حالی‌که روش ولومتریک برای کاربردهای عمومی‌تر، با سرعت بیشتر و سهولت اجرا، گزینه‌ی مقرون‌به‌صرفه‌تری محسوب می‌شود. آشنایی کامل با تفاوت‌های این دو روش به متخصصین آزمایشگاهی کمک می‌کند تا روش مناسب را بر اساس نیازهای خاص انتخاب نمایند. شرکت دانش بنیان ابتکار تجهیز آزما به عنوان تجهیزکننده آزمایشگاه  در سراسر ایران، ارائه دهنده انواع تیتراتور برای صنایع مختلف اعم از غذایی، دارویی و شیمیایی می باشد.