費(fèi)休氏水分滴定法

費(fèi)休氏水分滴定法在藥物分析上起到了重要作用，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上通用的水分測(cè)定法。其具體步驟和注意事項(xiàng)需要分析人員熟練掌握。

水分滴定法是藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的常規(guī)檢查項(xiàng)目，藥品中的水分包括結(jié)晶水與吸附水，水分含量的多少對(duì)藥品的穩(wěn)定性、理化性質(zhì)及藥效作用等均有影響，控制藥品的水分可以預(yù)防藥品吸潮，霉變，水解，氧化等。因此有必要對(duì)藥品中的水分進(jìn)行檢查并控制其限度。其中費(fèi)休氏水分滴定法由于具有重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，適用范圍廣等特點(diǎn)，能最大限度地保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，因而受到社會(huì)各界的認(rèn)可，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上通用的水分測(cè)定法。

目前各國(guó)藥典均收載了費(fèi)休氏水分滴定法的通則或附錄，例如：USP<921>water determination ,EP2.5.12 water semi-micro determination，ChP2015 0832 水分測(cè)定法，日本藥局方（JP）通則<2.48>waterdetermination (karl fischer method)。

1

容量法滴定原理

水分測(cè)定基于 R. W. Bunsen描述的反應(yīng)：

I 2 +SO 2 + 2 H 2 O → 2HI + H 2 SO 4

卡爾費(fèi)休發(fā)現(xiàn)了此反應(yīng)可以在含有過量二氧化硫的無(wú)水環(huán)境中測(cè)定水分含量。實(shí)驗(yàn)證明甲醇是合適的溶劑。為了讓反應(yīng)平衡向右邊進(jìn)行，必須中和反應(yīng)過程產(chǎn)生的酸（HI 和 H 2 SO 4 ）。

卡爾費(fèi)休用吡啶實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。Smith, Bryanz 和 Mitchell 闡明了兩步反應(yīng)：

1. I 2 + SO 2 + 3 Py + H 2 O→ 2 Py-H + I –+ Py?SO 3 –

2. Py?SO 3 + CH 3 OH → Py-H + CH 3 SO 4

根據(jù)上述反應(yīng)式可見，甲醇不僅作為溶劑，并且直接參與反應(yīng)。在醇溶液中，碘和水按 1:1 反應(yīng)。在無(wú)醇溶液中，碘和水按 1:2 反應(yīng)：

1. I 2 + SO 2 + 3Py + H 2 O→ 2Py-H + I –+ Py?SO 3 –

2. Py?SO 3 +H 2 O → Py-H + HSO 4 –

1. J. C. Verhoff 和 E. Barenrecht 對(duì)卡爾費(fèi)休反應(yīng)進(jìn)一步研究表明：

? 吡啶并沒有直接參與反應(yīng)，即：吡啶僅作為緩沖劑，并且可以被其他堿代替。

? 卡爾費(fèi)休反應(yīng)速率 k 取決于介質(zhì)的 pH 值，

-d[I 2 ]/dt = k ? [I 2 ] ? [SO 2 ] ? [H 2 O]

pH 和反應(yīng)速率的這種關(guān)系的一種解釋是：它并非由于在水的影響下被碘氧化的二氧化硫本身，而是由于二氧化硫和甲醇反應(yīng)形成的甲基亞硫酸根離子。二氧化硫和甲醇的反應(yīng)如下：

2 CH 3 OH+ SO 2 → CH 3 OH 2 + + CH 3 OSO 2 -

溶液的 pH 值越高，就有更多的質(zhì)子被捕捉而形成更多的甲基亞硫酸根離子，卡爾費(fèi)休反應(yīng)的速度就越快。

當(dāng) pH 介于5.5至8之間時(shí)，所有的二氧化硫均可反應(yīng)形成甲基亞硫酸鹽，此時(shí)反應(yīng)速率最大。當(dāng) pH 大于 8.5時(shí)，由于碘和氫氧根或甲基化離子之間的反應(yīng)，反應(yīng)速率會(huì)增大，但這將導(dǎo)致終點(diǎn)消失，并消耗更多的碘。

二

容量法卡爾費(fèi)休試劑

1、單組分卡爾費(fèi)休試劑

滴定劑含有碘、二氧化硫、咪唑，溶于醇溶液。溶劑是甲醇，也可以使用適合于樣品的混合甲醇溶劑。

2、單組分卡爾費(fèi)休試劑特點(diǎn)

單組分處理簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉 滴定度穩(wěn)定性較差，滴定速度較慢。

試劑大約可以存儲(chǔ)兩年。試劑若保存在密封瓶中，滴定度大約以每年 0.5mg/mL 的速度下降。

濃度規(guī)格及適用樣品：

• 5 mg/mL 適用于含水量在 1000 ppm 至 100%之間的樣品，

• 2 mg/mL 適用于含水量小于 1000 ppm 的樣品，

• 1 mg/mL 適用于含水量小于 200 ppm 的樣品。

• 雙組分卡爾費(fèi)休試劑

滴定劑含有碘和甲醇。溶劑含有二氧化硫、咪唑和甲醇。

3、雙組分卡爾費(fèi)休試劑特點(diǎn)

滴定速度快，滴定度穩(wěn)定 溶劑溶解能力有限，雙組分試劑能使滴定速度快至原先的二至三倍。兩種組分在存儲(chǔ)時(shí)均極為穩(wěn)定。如果瓶口密封緊密，滴定劑的滴定度就很穩(wěn)定。

濃度規(guī)格及適用樣品：

• 5 mg/mL 適用于含水量在 1000 ppm 至 100%之間的樣品

• 2 mg/mL 適用于含水量小于 1000 ppm 的樣品

• 含吡啶試劑

除確保快速精確進(jìn)行卡爾費(fèi)休滴定的無(wú)吡啶試劑外，含吡啶的試劑因其價(jià)格低廉及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單而仍然廣泛應(yīng)用。

單組分試劑：滴定劑內(nèi)含有碘、二氧化硫和吡啶，溶于甲醇，溶劑為甲醇或甲醇的混合物。一些生產(chǎn)商將滴定劑內(nèi)吡啶的含量稍微增加以提高滴定速度，這些滴定劑通常以“快速”標(biāo)識(shí)。為獲得更佳的穩(wěn)

定性，很多生產(chǎn)商將滴定劑分為 A 液和 B 液（A 液是溶于甲醇的二氧化硫和吡啶，B 液是溶于甲醇的碘），這些溶液在使用前以 1:1 配制，從而形成單組分滴定劑。

雙組分試劑：

滴定劑內(nèi)含碘，溶解于甲醇。溶劑內(nèi)含有二氧化硫和咪唑溶于醇類（通常是甲醇）或醇類混合物。將滴定劑和溶劑分開瓶裝能增加卡爾費(fèi)休試劑的穩(wěn)定性，提高使用壽命并獲得更快的滴定速度。

4、醛酮專用試劑

醛（R-CHO）和酮（R-CO-R）與通常的含甲醇試劑反應(yīng)生成縮醛和縮酮，反應(yīng)中產(chǎn)生的水同時(shí)被滴定，從而導(dǎo)致水分含量升高甚至終點(diǎn)消失。因此含有醛（R-CHO）和酮（R-CO-R）基團(tuán)的化合物的水分測(cè)定應(yīng)使用醛酮專用試劑。

5、含乙醇的卡爾費(fèi)休試劑

由于乙醇比甲醇毒性低，含乙醇的雙組分卡爾費(fèi)休試劑。這些試劑也可用于酮的滴定，因?yàn)橥谝掖贾行纬煽s酮的速度遠(yuǎn)比在甲醇中形成的速度慢。滴定劑含碘和乙醇，溶劑含二氧化硫、咪唑、2-乙醇胺和乙醇。

各國(guó)藥典關(guān)于卡爾費(fèi)休試劑濃度的規(guī)定

三

影響容量法滴定的因素

1、樣品的 pH

由于卡爾費(fèi)休反應(yīng)的最大速率在 5.5 到 8 的 pH 范圍之間，在實(shí)際操作過程中應(yīng)避免pH 值小于 4 和大于 8。 滴定酸性或堿性樣品時(shí)，應(yīng)加入緩沖試劑調(diào)節(jié)pH 值（用咪唑作為堿性緩沖試劑，用水楊酸作為酸性緩沖試劑）。

2、樣品與卡爾費(fèi)休試劑是否有副反應(yīng)

需要注意的是，樣品是否會(huì)與卡爾費(fèi)休試劑包括甲醇反應(yīng)，造成結(jié)果的誤差，例如含醛（R-CHO）和酮（R-CO-R）的化合物與通常會(huì)與甲醇試劑反應(yīng)，造成水分結(jié)果誤差。

3、溶液對(duì)卡爾費(fèi)休反應(yīng)的影響

化學(xué)計(jì)量關(guān)系（H 2 O 和 I 2 的摩爾比）由溶劑的類型決定：

醇溶液 H 2 O:I 2 = 1:1 （比如：甲醇）

無(wú)醇溶液H 2 O:I 2 = 2:1 （比如：二甲基甲酰胺）

研究發(fā)現(xiàn)溶劑里的甲醇含量大于等于20%時(shí)碘和水按 1:1 的比例反應(yīng)， 因此甲醇的量始終不得少于要求的最低量。 如果必須使用不含甲醇得滴定劑（比如，滴定醛和酮），可以選用其他的伯醇，例如乙二醇一甲醚。

4、水分含量對(duì)卡爾費(fèi)休反應(yīng)的影響

H 2 O:I 2 的摩爾比還受樣品含水量的影響。J.C. Verhoff 和 E. Barendrecht 發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水分含量大于 1mol/L 時(shí)滴定度將提高。然而實(shí)際操作中并不多見，因?yàn)槿軇┑暮课⒑跗湮ⅰ?/span>

5、空氣濕度

空氣濕度是導(dǎo)致卡爾費(fèi)休滴定出現(xiàn)誤差的最主要因素。濕氣可以進(jìn)入樣品，滴定劑和滴定臺(tái)。所以滴定臺(tái)必須盡可能的密封，同時(shí)用干燥劑進(jìn)行保護(hù)，此外，滴定前進(jìn)行預(yù)滴定，將滴定杯內(nèi)部滴定至無(wú)水狀態(tài)?？栙M(fèi)休滴定儀的安裝位置不能距空調(diào)太近！

四

溶劑

大部分混合溶劑必須含有一定劑量的乙醇（最好是甲醇）以確?？栙M(fèi)休反應(yīng)的進(jìn)行。含有醛（R-CHO）和酮（R-CO-R）基團(tuán)的化合物的水分測(cè)定應(yīng)使用醛酮專用試劑。

五

標(biāo)定

USP藥典規(guī)定采用純化水，酒石酸二鈉，USP標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或其他商業(yè)采購(gòu)的具有可追蹤證書的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；其中，水分含量較低的樣品檢測(cè)，建議用酒石酸二鈉標(biāo)定。

EP藥典規(guī)定采用純化水或具有證明文件的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定；

ChP藥典規(guī)定采用純化水標(biāo)定；

JP藥典規(guī)定采用純化水及甲醇水溶液進(jìn)行標(biāo)定。

六

樣品的取樣量

七

卡氏水分方法適用性確認(rèn)

USP，ChP及JP均未要求對(duì)卡氏水分方法進(jìn)行確認(rèn)，但EP認(rèn)為，水分測(cè)定的準(zhǔn)確性與所選的卡氏試劑及以及其與樣品的共同作用均有關(guān)系，因此要求按下面方法對(duì)其適用性進(jìn)行確認(rèn)。

1、確認(rèn)方法

稱取樣品，測(cè)量其含水量(mg)，分點(diǎn)（至少5個(gè)點(diǎn)）分別加入已知量的水分50%~100%，每次加入后測(cè)定累計(jì)水分含量，用下式計(jì)算百分回收率（r）。

式中：

W1=加入水的數(shù)量，mg；

W2=測(cè)出水的數(shù)量，mg。

以累計(jì)加入水的量為橫坐標(biāo)，累計(jì)加入測(cè)得水的量為縱坐標(biāo)，作一條直線，計(jì)算斜率b，在y坐標(biāo)的截距（a）和校正曲線在x軸的截距（d）。

用下式計(jì)算百分偏差e1， e2：

式中：

a=在y軸的截距；水的毫克數(shù)；

d=在x軸的截距；水的毫克數(shù)；

M =待測(cè)物質(zhì)的水分；水的毫克數(shù)。

2、接受標(biāo)準(zhǔn)

平均回收率r=97.5%~102.5%；|e1|和|e2|≤2.5%；b=0.975~1.025。