Karl Fischer titration and near-infrared spectroscopy in perfect synergy

Význam tématu

Stanovení obsahu vody je jedním z nejčastějších analytických úkonů ve výzkumu i průmyslové praxi zaměřené na farmaceutický, potravinářský, chemický a polymerní průmysl.
Vlhkost ovlivňuje stabilitu, reaktivitu a kvalitu finálních produktů, a proto vyžaduje přesné, selektivní a efektivní metody analýzy.
Spojení Karlovy Fischerovy titrace (KF) a blízké infračervené spektroskopie (NIRS) přináší synergii mezi absolutní referenční metodou a rychlou nedištruktivní technikou.

Cíle a přehled článku

Článek si klade za cíl představit nové trendy ve stanovení vody a demonstrovat, jak integrace NIRS s KF titrací zvyšuje průtok vzorků a produktivitu laboratoře.
Autoři popisují principy obou metod, postup vývoje kalibračního modelu NIRS a vzájemné ověřování výsledků pro rutinní kontrolu kvality.

Použitá metodika

• Karlova Fischerova titrace: volumetrická metoda pro obsah vody 0,1 až 100 % a coulometrická pro 0,001 až 1 %.
• Spektroskopie NIRS: analýza molekulárních overtónů a kombinací vibračních módů bez nutnosti přípravy vzorku.
• Vývoj kalibrace: použití dat z KF titrace a multivariační analýza (PLS regresní modely) pro kvantifikaci vlhkosti.
• Ověřování modelu: stanovení standardní chyby, robustnosti a porovnání s referenčními výsledky KF.

Použitá instrumentace

• Karl Fischer autotitrační aparatura se zdvojenou Pt pin elektrodou pro detekci ekvivalenčního bodu.
• NIR spektrometr s možností měření pevných vzorků (skleněné vialky), kapalin (cuvetky) a suspenzí (NIRS Slurry Cup).
• Software Vision Air 2.0 pro akvizici spekter, interní kalibraci vlnové délky a rutinní analýzu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Spojení KF a NIRS umožňuje rychlé stanovení vlhkosti bez časově náročné přípravy vzorku, přičemž NIRS modely dosahují přesnosti srovnatelné s KF.
• Kalibrační modely NIRS zajišťují robustní predikce v širokém rozsahu vlhkostí, přičemž interní standardizace a validace minimalizují odchylky.
• Rychlost analýzy NIRS (<60 s) dramaticky zvyšuje průtok vzorků ve srovnání s tradiční KF metodou.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší produktivita laboratoře díky rychlé, bezkontaktní analýze NIRS.
• Méně chemikálií a odpadu oproti KF titraci.
• Možnost paralelního stanovení dalších parametrů v jediném NIR měření (např. složení surovin, polymorfie).
• Zajištění spolehlivých referenčních hodnot pomocí KF pro neustálou kontrolu kvality NIRS modelů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Předpokládá se rozšíření využití NIRS v on-line a in-line monitoringu procesů v průmyslové výrobě.
Další rozvoj multivariačních algoritmů a umělé inteligence umožní lepší adaptaci modelů na složitější matricové vlivy.
Kombinace s dalšími spektroskopickými a chromatografickými metodami přispěje k detailnějšímu chemickému profilu materiálů.

Závěr

Integrované využití Karlovy Fischerovy titrace a NIR spektroskopie nabízí optimální řešení pro přesné, rychlé a efektivní stanovení obsahu vody.
Synergie těchto metod zkracuje dobu analýzy, snižuje náklady na chemikálie a zajišťuje robustní kontrolu kvality napříč různými odvětvími.
Díky flexibilitě použitých přístrojů a softwaru je možné metody rychle implementovat v QA/QC, výzkumu i výrobním provozu.

Reference

Metrohm White Paper WP-023EN, Kalkman I., Schilling M., Metrohm International Headquarters, Herisau, 2017.